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    从卫星探测海洋动力参数主要依靠微波传感器,其中高度计(Altimeter,ALT)最为成熟。ALT通过对海平面高度、有效波高、后向散射的测量,可同时获取流、浪、潮、海面风速等重要动力参数。卫星高度计还可应用于地球结构和海域重力场研究。卫星高度计由一台脉冲发射器、一台灵敏接收器和一台精确计时钟构成。脉冲发射器从海面上空向海面发射一系列极其狭窄的雷达脉冲,接收器检测经海面反射的电磁波信号,再由计时钟精确测定发射和接收的时间间隔△t,便可算出由高度计质心到星下点瞬时海面的距离。

 

太空船利用一种雷射光高度测量器(Mars Orbiter Laser Altimeter) 绘制的火星立体图片

卫星高度计的主要用途:

一、大洋环流
  目前,利用卫星高度计资料推算大洋环流最简单的方法是将平均海平面与大地水准面相减,得出动力高度,再利用地转平衡关系,算出大洋环流。由于现有大地水准面模型的误差与大洋环流对应的动力高度处于同一量级,因而,这种方法只能用于大尺度海洋动力现象观测。另一种方法被称为同步分离法,其主要思路是将大地水准面与海面动力高度同时从高度计资料分离出来。这一方法的数学依据是改进的加权约束最小二乘法。利用这一方法得到的全球大洋环流如图11-14所示。


二、海洋潮汐
  卫星高度计测量海平面高度本身需要进行潮汐修正,同时,它能够给出全球大洋的潮高空间分布。由于潮汐具有确定的周期,使人们有可能将它从海平面高度中与其它不同周期或非周期性的海面起伏分离开来。目前大洋潮汐反演模式约有13种,边缘海潮汐反演模式仅有3~4种。以上模式可分为以下三类:无水动力假设,线性水动力假设,非线性水动力假设。只有第三类适用于浅海。


三、中尺度海洋现象
  中尺度海洋现象主要包括涡旋、上升流、锋面等。中尺度现象活动频繁的区域一般对应较显著的海平面变化。利用卫星高度计观测中尺度涡旋,主要是通过计算涡旋动能来确定其位置并衡量其强度。首先计算一条重复轨迹上的平均海平面高度,再计算每次重复数据相对于这一平均高度的斜率,然后利用地转平衡关系算出垂直于轨迹方向的流速。假定涡旋在与其轨迹平行和垂直方向上的运动速率相等,可得到涡旋的绝对速率,进而计算其动能。


四、大地水准面与重力异常(gravityanomaly)
  大地测量的基本任务是确定大地水准面与重力异常。卫星测高提供了海域的大地水准面起伏。海洋大地水准面是接近于平均海平面的重力势面和旋转势的等位面,它反映了地球内部质量密度分布的不均匀特性。卫星高度计最初的成果就是测量地球形状及大地水准面,进而计算全球重力场。ERS-1卫星168天重复周期的运行就是为大地水准面测量而设计,它提供了前所未有的空间采样分辨率,168天周期运行15个月,取得了大量宝贵资料。


五、有效波高
  卫星高度计测量的有效波高数据主要应用在两个方面:一是将其同化到海浪数值预报模式中,提供合理的初始场,并改进和检验预报模式;二是用卫星高度计有效波高数据进行全球的或区域的浪场特征分析,如波侯、极端波要素和浪场时空结构等。


六、海面风速
  高度计后向散射截面(σ0)和海面风速之间存在着一种反比关系。风速增加,海面粗糙度随之增加,使得雷达脉冲的侧向散射能量增加,从而导致σ0下降。σ0与海面风速之间的数学关系称为“模式函数”。高度计测量的σ0必须通过模式函数才能转换成海面风速。因此,模式函数的质量直接关系到海面风速的反演精度。高度计虽然仅给海面风速标量,但在应用中具有特殊意义:(1)高度计可提供同步的风、浪数据;(2)高度计星下点风速空间分辨率高于散射计;(3)高海况下的适用性可能优于散射计。可以将高度计、散射计、微波辐射成象仪的风速进行数据融合和数据同化。