基于卫星高度计的全球平均共线海表面高度研究

基于卫星高度计的全球平均共线海面高度研究 基于卫星高度计的全球平均共线海表面高 度研究 【摘要】 卫星高度计可以实现全球范围的全天候海洋动力环境测量，其中重要的数据产品为海表面高度(SSH)。本文基于高度计测量数据，计算出每个测量点的海表面高度。利用参考轨道对数据采用共线处理得到全球的平均共线海表面高度。这一方法可以在短时间内获得全球范围的不同时间尺度下的海表面高度信息，能够为海平面长期变化研究提供数据支持 【关键词】 卫星高度计 海表面高度 共线处理 一、引言 卫星高度计可以快速准确的测得全球的海表面高度，同时能够获得海洋遥感探测中重要的海面有效波高和风速等信息，其测高精度已经达到厘米级。卫星高度计对于海表面的测量可以全天候下覆盖绝大多数的地球海洋表面。和传统的地基观察站、验潮站以及浮标数据相比具有高密度、高分辨率的特点。可以有效应用于海洋研究和国防经济建设之中。星载雷达高度计的发展已有数十年，技术日趋成熟，是一种测量能力强、应用前景广阔的海洋微波遥感器 二、求算方法 海表面高度需要经过计算得出，在高度计的数据产晶之 中没有海表面高度这一参量。其计算方法为轨道高度(altitude)减去卫星距离海表面的瞬时距离(range)，还需要添加各项校正项。添加除海况偏差校正之外所有地球物理校正项后的海表面高度可以表示为: SSH=H-(R+wet-tropo+dry_tropo+iono_corr+ (1) IB+ocean_tide+load_tide+solid_tide+pole_tide+SSB) 其中校正项依次为:大气湿对流层校正、大气干对流层校正、ku波段电离层校正，大气逆压校正、海洋潮汐校正、固体地球潮校正、极潮校正、海况偏差校正等。海表面高度为海平面距离地球参考椭球面距离 本文选用Jason-2高度计数据进行计算。高度计采用周期重复轨道运行，理论上来说每个周期的对应测量点经纬度信息应该相同。但是由于光压，大气层等因素的作用真实的卫星各周期的对应测量点位置并不严格重复，两列测量点位置之间有微小的偏差，并不是严格重复。简而言之，对高度计数据的共线处理就是确定一条参考轨迹，并利用实际轨迹上的所有观测值求算出参考轨迹上参考点的值。由于地球为一两极略扁的椭球体，因此高度计运行的轨道可以看作为圆形 理论上可计算出所有周期统一测量点的经纬度信息，并 将所有计算后的点相连即可得到参考轨道。但是由于上述理论复杂，在此采用一种较为快速方便的方法可以近似得到参考轨道。选取所有周期中逐个按照pass序号计算其包含的测量点数，再将在所有周期中点数最多某一序号pass取出作为参考轨迹的该序号pass存储。将所有254个pass挑选出后即可组成整个一套参考轨迹。上述方法方便快速并且经过验证精准度与理论计算得出的参考轨迹一致。图2即为所采用的参考轨道 经过数据提取并计算，得到各测量点数据的经度(Lon)、纬度(Lat)、海表面高度(SSH)、有效波高(SWH)、风速(U)。本文选取Jason-2高度计共144个重复周期的GDR数据，对海表面高度SSH进行共线处理 式中SSHi是第i个点的海表面高度观测值。wk是第k个点对应的权值，该值为实测点距离参考点的距离反比。换另外编号的pass重复上述过程将所有周期所有测量点均做共线处理。并把所有求算出的参考点海面高求平均即得参考轨迹的海表面高度 三、计算结果 经过共线处理以后，参与共线高度计数据的所有cycle中的经纬度信息将会统一，最终得到的数据集包括经度(Lon)、纬度(Lat)、海表面高度(SSH)、有效波高(SWH)、风速(U) 此时的经度纬度相同pass编号的信息是相同的。按照求得的共线海表面高度，对每一个参与共线cycle的数据逐一进行共线处理，将会得到一个每个参考点均有144组共线海表面高度SSHcoll，将该值求平均即可得出平均共线海表面高度MSSHcoll。部分平均海表面高度如表l所示: 由此可以得到全球的海表面高度分布，如图: 四、总结 本文通过提取Jason-2卫星高度计数据，将共144个cycle的数年测量数据进行共线处理得到每个测量点对应的共线海表面高度，在对该海表面高度求均值得到了全球的平均共线海表面高度。由计算结果可以看出印度洋以及大西洋西部和太平洋东部海域海平面相对参考椭球面较低。这一方法可以在短时间得到全球范围内实用的海表面高度，可以为将来的时间大尺度条件下海平面变化提供数据支持，并能够通过控制月测量数据，季测量数据以及年度测量数据和5年10年等尺度进行平均，及时对海平面变化进行分不同时间尺度的监测。