[发明专利]雪层覆盖下海冰的后向电磁散射系数探测模块

摘要

本发明公开一种雪层覆盖下海冰的后向电磁散射系数探测模块，包括电磁波参数模块、雪层覆盖下海冰参数模块、环境参数模块、雪层覆盖下卤水胞体积模块、雪层覆盖下海冰体积模块、海冰介电常数模块、电磁波穿透海冰深度模块、雪层覆盖下海冰后向体散射系数、雪层覆盖下海冰后向面散射系数模块和雪层覆盖下海冰总后向散射系数模块。本发明考虑了雪层覆盖对海冰温度的影响，采用经验模型定量计算卤水胞和海冰的盐度、密度及介电常数。根据Rayleigh体散射模型，得出雪层覆盖下海冰的后向体散射系数，根据雪表面的均方根斜率，采用物理光学法或几何光学法来得出雪层覆盖下海冰的后向面散射系数，效率较高。

主权项

1.一种雪层覆盖下海冰的后向电磁散射系数探测模块，其特征在于，包括电磁波参数模块、雪层覆盖下海冰参数模块、环境参数模块、海冰温度模块、海冰盐度模块、卤水胞盐度模块、卤水包密度模块、卤水胞体积模块、海冰体积模块、雪层覆盖下卤水胞体积模块、雪层覆盖下海冰体积模块、海冰介电常数模块、电磁波穿透海冰深度模块、雪层覆盖下海冰后向体散射系数、雪层覆盖下海冰后向面散射系数模块和雪层覆盖下海冰总后向散射系数模块；所述海冰温度模块、所述海冰盐度模块、所述卤水胞盐度模块、所述卤水包密度模块和所述卤水胞体积模块均连接所述雪层覆盖下海冰参数模块和所述环境参数模块；所述雪层覆盖下卤水胞体积模块和所述雪层覆盖下海冰体积模块均连接所述所述海冰温度模块、所述海冰盐度模块、所述卤水胞盐度模块、所述卤水包密度模块和所述卤水胞体积模块；所述海冰介电常数模块和所述电磁波穿透海冰的深度模块均连接所述电磁波参数模块、所述雪层覆盖下卤水胞体积模块和所述雪层覆盖下海冰体积模块；所述雪层覆盖下海冰后向体散射系数模块和所述雪层覆盖下海冰后向面散射系数模块均连接所述海冰介电常数模块和所述电磁波穿透海冰的深度模块；所述雪层覆盖下海冰总的后向散射系数模块连接所述雪层覆盖下海冰后向体散射系数模块和所述雪层覆盖下海冰后向面散射系数模块；所述电磁波参数模块用于探测电磁波参数，所述电磁波参数包括{k,θ，pp}，其中，k为电磁波的波数，θ为电磁波的入射角，pp为发射和接收电磁波极化的方向，取值为hh或vv，分别表示发射和接收均为水平极化或发射和接收均为垂直极化；所述雪层覆盖下海冰参数模块用于探测海冰的参数，所述海冰的参数包括{h_i,q_i,ρ_i,r_i,ε_i,ε_b,T_w}，其中，h_i为海冰的厚度，q_i为海冰的热传导率，ρ_i为淡水冰的密度，r_i为冰散射粒子的平均半径，ε_i＝ε′_i+jε″_i为纯冰的介电常数，其中，j为虚数，ε_b＝ε′_b+jε″_b为海冰中卤水胞的介电常数，T_w为海冰中水的温度；所述环境参数模块包括覆盖海冰上雪的参数模块和海冰上方空气的参数模块，所述覆盖海冰上雪的参数模块用于探测覆盖海冰上雪的参数，所述覆盖海冰上雪的参数包括{h_s,q_s,ρ_s,u_s,w_s,l_s,ε_s}，其中，h_s为覆盖海冰上雪的厚度，q_s为覆盖冰上雪的热传导率，ρ_s为雪的密度，u_s为雪表面的均方根斜率，w_s为雪表面高度的标准差，l_s为雪表面的相关长度，ε_s＝ε′_s+jε″_s为雪的介电常数；所述海冰上方空气的参数模块用于探测海冰上方空气的参数，所述海冰上方空气的参数有{T_a,ε_a}，其中，T_a为空气的温度，ε_a＝ε′_a+jε″_a为空气的介电常数；所述海冰温度模块根据所述雪层覆盖下海冰参数模块的探测结果和所述环境参数模块的探测结果计算海冰的温度T_i，其中所述海冰的温度T_i根据下式计算得到：Ti=hsqiTw+hiqsTahsqi+hiqs-273.0;]]>所述海冰盐度模块根据所述雪层覆盖下海冰参数模块的探测结果计算海冰的盐度S_i，其中S_i根据下式计算得到：Si=14.24-19.39hihi≤0.47.88-1.59hihi>0.4;]]>所述卤水胞盐度模块根据所述海冰温度模块的输出计算海冰中卤水胞的盐度S_b，其中S_b根据下式计算得到：Sb=-3.9921-22.7Ti-1.0015Ti2-0.019956Ti3-22.9<Ti≤-2206.24-1.8907Ti-0.060868Ti2-0.0010247Ti3-44<Ti≤-22.9-4442.1-277.86Ti-5.501Ti2-0.03669Ti3-54≤Ti≤-44;]]>所述卤水包密度模块根据所述卤水胞盐度模块的输出计算海冰中卤水胞的密度ρ_b，其中ρ_b根据下式计算得到：ρ_b＝1+0.0008S_b；所述卤水胞体积模块用于计算海冰中卤水胞的体积其中根据下式计算得到：V~b=ρiSiρbSb-Si(ρb-ρi);]]>所述雪层覆盖下卤水胞体积模块用于计算雪层覆盖下的海冰中卤水胞的体积V_b，其中V_b根据下式计算得到：Vb=V~bρs[(1-V~b)ρi+V~bρb];]]>所述雪层覆盖下海冰体积模块用于计算雪层覆盖下的海冰中海冰的体积V_i，其中V_i根据下式计算得到：Vi=(1-V~b)ρi2ρs[(1-V~b)ρi+V~bρb]]]>所述海冰介电常数模块根据所述电磁波参数模块的输出计算海冰的介电常数ε_si，其中ε_si根据下式计算得到：ϵsi=ϵsi′+jϵsi′′≅ϵi′1-3Vb+jVbϵb′′;]]>所述电磁波穿透海冰模块根据所述电磁波参数模块的输出计算电磁波穿透海冰的深度δ_si，其中所述电磁波穿透海冰的深度δ_si根据下式计算得到：δsi=12k{[(1+ϵsi′′ϵsi′)2-1]ϵsi′2}-12;]]>所述雪层覆盖下海冰后向体散射系数模块根据Rayleigh体散射模型得到雪层覆盖下海冰的后向体散射系数所述雪层覆盖下海冰后向面散射系数模块用于计算雪层覆盖下海冰的后向面散射系数所述雪层覆盖下海冰后向面散射系数模块包括物理光学模块和几何光学模块：如果雪表面的均方根斜率u_s＜0.25，所述雪层覆盖下海冰后向面散射系数通过物理光学模块得到；如果雪表面的均方根斜率u_s≥0.25，所述雪层覆盖下海冰后向面散射系数通过几何光学模块得到；所述雪层覆盖下海冰总后向散射系数模块用于计算雪层覆盖下海冰的后向电磁散射系数σ⁰(θ)，所述雪层覆盖下海冰的后向电磁散射系数σ⁰(θ)根据下式计算得到：σ0(θ)=σsur0(θ)+(1-|Rpp(θ)|)2σvol0(θ),]]>其中为所述雪层覆盖下海冰后向面散射系数模块的输出参数，R_pp(θ)为Fresnel反射系数，为所述Rayleigh体散射模块的输出参数。