北极海域SAR海浪方向谱反演及其与中法海洋卫星CFOSAT/SWIM数据的比较

北极海域的海浪与海冰相互作用是目前北极海冰变化研究的一个前沿问题.但观测数据的缺失,限制了对于该问题的深入研究.星载合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)具有独特的海面二维成像能力,是极地边缘区海浪—海冰相互作用研究重要的遥感手段.本文基于哨兵1号干涉宽幅模式IW(Interferometric Wide Swath)数据,利用SAR海浪非线性反演方法在格陵兰海及挪威海开展了海浪方向谱的反演实验,进而使用中法海洋卫星CFOSAT搭载的SWIM波谱仪的海浪谱数据和星下点有效波高数据对SAR反演结果进行了验证.结果表明,无论是海浪方向谱的结构、能量分布特征还是海浪方向谱的积分参数,SAR的反演结果都与SWIM的测量结果具有良好的一致性.其中,SAR海浪方向谱和SWIM斜率谱积分计算的有效波高的偏差和均方根误差为0.11 m和0.71 m,平均波周期的偏差和均方根误差分别为-0.52 s和0.62 s,谱峰传播方向与波长的偏差分别为-7.74.和-0.56 m,均方根误差分别为15.75°和52.73 m.SAR反演的有效波高与SWIM星下点测量的有效波高之间偏差为0.03 m,均方根误差为0.48 m,二者相关系数为0.95.本研究验证了利用SAR海浪非线性反演方法进行北极海域海浪方向谱及海浪参数反演的可行性,为后续的海浪向冰传播衰减过程研究奠定了数据基础和方法基础.