王鑫 苗洪利

【摘要】 衛(wèi)星高度計(jì)可以實(shí)現(xiàn)全球范圍的全天候海洋動(dòng)力環(huán)境測量，其中重要的數(shù)據(jù)產(chǎn)品為海表面高度（SSH）。本文基于高度計(jì)測量數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)測量點(diǎn)的海表面高度。利用參考軌道對數(shù)據(jù)采用共線處理得到全球的平均共線海表面高度。這一方法可以在短時(shí)間內(nèi)獲得全球范圍的不同時(shí)間尺度下的海表面高度信息，能夠?yàn)楹Ｆ矫骈L期變化研究提供數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】 衛(wèi)星高度計(jì) 海表面高度 共線處理

一、引言

衛(wèi)星高度計(jì)可以快速準(zhǔn)確的測得全球的海表面高度，同時(shí)能夠獲得海洋遙感探測中重要的海面有效波高和風(fēng)速等信息，其測高精度已經(jīng)達(dá)到厘米級。衛(wèi)星高度計(jì)對于海表面的測量可以全天候下覆蓋絕大多數(shù)的地球海洋表面。和傳統(tǒng)的地基觀察站、驗(yàn)潮站以及浮標(biāo)數(shù)據(jù)相比具有高密度、高分辨率的特點(diǎn)。可以有效應(yīng)用于海洋研究和國防經(jīng)濟(jì)建設(shè)之中。星載雷達(dá)高度計(jì)的發(fā)展已有數(shù)十年，技術(shù)日趨成熟，是一種測量能力強(qiáng)、應(yīng)用前景廣闊的海洋微波遙感器。

二、求算方法

海表面高度需要經(jīng)過計(jì)算得出，在高度計(jì)的數(shù)據(jù)產(chǎn)晶之中沒有海表面高度這一參量。其計(jì)算方法為軌道高度（altitude）減去衛(wèi)星距離海表面的瞬時(shí)距離（range），還需要添加各項(xiàng)校正項(xiàng)。添加除海況偏差校正之外所有地球物理校正項(xiàng)后的海表面高度可以表示為：

SSH=H-（R+wet-tropo+dry_tropo+iono_corr+

（1）

IB+ocean_tide+load_tide+solid_tide+pole_tide+SSB）

其中校正項(xiàng)依次為：大氣濕對流層校正、大氣干對流層校正、ku波段電離層校正，大氣逆壓校正、海洋潮汐校正、固體地球潮校正、極潮校正、海況偏差校正等。海表面高度為海平面距離地球參考橢球面距離。

本文選用Jason-2高度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。高度計(jì)采用周期重復(fù)軌道運(yùn)行，理論上來說每個(gè)周期的對應(yīng)測量點(diǎn)經(jīng)緯度信息應(yīng)該相同。但是由于光壓，大氣層等因素的作用真實(shí)的衛(wèi)星各周期的對應(yīng)測量點(diǎn)位置并不嚴(yán)格重復(fù)，兩列測量點(diǎn)位置之間有微小的偏差，并不是嚴(yán)格重復(fù)。簡而言之，對高度計(jì)數(shù)據(jù)的共線處理就是確定一條參考軌跡，并利用實(shí)際軌跡上的所有觀測值求算出參考軌跡上參考點(diǎn)的值。由于地球?yàn)橐粌蓸O略扁的橢球體，因此高度計(jì)運(yùn)行的軌道可以看作為圓形。

理論上可計(jì)算出所有周期統(tǒng)一測量點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，并將所有計(jì)算后的點(diǎn)相連即可得到參考軌道。但是由于上述理論復(fù)雜，在此采用一種較為快速方便的方法可以近似得到參考軌道。選取所有周期中逐個(gè)按照pass序號計(jì)算其包含的測量點(diǎn)數(shù)，再將在所有周期中點(diǎn)數(shù)最多某一序號pass取出作為參考軌跡的該序號pass存儲(chǔ)。將所有254個(gè)pass挑選出后即可組成整個(gè)一套參考軌跡。上述方法方便快速并且經(jīng)過驗(yàn)證精準(zhǔn)度與理論計(jì)算得出的參考軌跡一致。圖2即為所采用的參考軌道。

經(jīng)過數(shù)據(jù)提取并計(jì)算，得到各測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的經(jīng)度（Lon）、緯度（Lat）、海表面高度（SSH）、有效波高（SWH）、風(fēng)速（U）。本文選取Jason-2高度計(jì)共144個(gè)重復(fù)周期的GDR數(shù)據(jù)，對海表面高度SSH進(jìn)行共線處理。

式中SSH_i是第i個(gè)點(diǎn)的海表面高度觀測值。w_k是第k個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的權(quán)值，該值為實(shí)測點(diǎn)距離參考點(diǎn)的距離反比。換另外編號的pass重復(fù)上述過程將所有周期所有測量點(diǎn)均做共線處理。并把所有求算出的參考點(diǎn)海面高求平均即得參考軌跡的海表面高度。

三、計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過共線處理以后，參與共線高度計(jì)數(shù)據(jù)的所有cycle中的經(jīng)緯度信息將會(huì)統(tǒng)一，最終得到的數(shù)據(jù)集包括經(jīng)度（Lon）、緯度（Lat）、海表面高度（SSH）、有效波高（SWH）、風(fēng)速（U）。

此時(shí)的經(jīng)度緯度相同pass編號的信息是相同的。按照求得的共線海表面高度，對每一個(gè)參與共線cycle的數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行共線處理，將會(huì)得到一個(gè)每個(gè)參考點(diǎn)均有144組共線海表面高度SSH_coll，將該值求平均即可得出平均共線海表面高度MSSH_coll。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，如圖：

四、總結(jié)

本文通過提取Jason-2衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)，將共144個(gè)cycle的數(shù)年測量數(shù)據(jù)進(jìn)行共線處理得到每個(gè)測量點(diǎn)對應(yīng)的共線海表面高度，在對該海表面高度求均值得到了全球的平均共線海表面高度。由計(jì)算結(jié)果可以看出印度洋以及大西洋西部和太平洋東部海域海平面相對參考橢球面較低。這一方法可以在短時(shí)間得到全球范圍內(nèi)實(shí)用的海表面高度，可以為將來的時(shí)間大尺度條件下海平面變化提供數(shù)據(jù)支持，并能夠通過控制月測量數(shù)據(jù)，季測量數(shù)據(jù)以及年度測量數(shù)據(jù)和5年10年等尺度進(jìn)行平均，及時(shí)對海平面變化進(jìn)行分不同時(shí)間尺度的監(jiān)測。