[發明專利]雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數探測模塊

有效

• 申請號: 201210343169.8
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102866171A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 楊永紅;凌霖;張貞凱;奚彩萍
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01N23/203
• 分類號: G01N23/203
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數探測模塊，其特征在于，包括電磁波參數模塊、雪層覆蓋下海冰參數模塊、環境參數模塊、海冰溫度模塊、海冰鹽度模塊、鹵水胞鹽度模塊、鹵水包密度模塊、鹵水胞體積模塊、海冰體積模塊、雪層覆蓋下鹵水胞體積模塊、雪層覆蓋下海冰體積模塊、海冰介電常數模塊、電磁波穿透海冰深度模塊、雪層覆蓋下海冰后向體散射系數、雪層覆蓋下海冰后向面散射系數模塊和雪層覆蓋下海冰總后向散射系數模塊；

所述海冰溫度模塊、所述海冰鹽度模塊、所述鹵水胞鹽度模塊、所述鹵水包密度模塊和所述鹵水胞體積模塊均連接所述雪層覆蓋下海冰參數模塊和所述環境參數模塊；

所述雪層覆蓋下鹵水胞體積模塊和所述雪層覆蓋下海冰體積模塊均連接所述所述海冰溫度模塊、所述海冰鹽度模塊、所述鹵水胞鹽度模塊、所述鹵水包密度模塊和所述鹵水胞體積模塊；

所述海冰介電常數模塊和所述電磁波穿透海冰的深度模塊均連接所述電磁波參數模塊、所述雪層覆蓋下鹵水胞體積模塊和所述雪層覆蓋下海冰體積模塊；

所述雪層覆蓋下海冰后向體散射系數模塊和所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數模塊均連接所述海冰介電常數模塊和所述電磁波穿透海冰的深度模塊；

所述雪層覆蓋下海冰總的后向散射系數模塊連接所述雪層覆蓋下海冰后向體散射系數模塊和所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數模塊；

所述電磁波參數模塊用于探測電磁波參數，所述電磁波參數包括{k,θ，pp}，其中，k為電磁波的波數，θ為電磁波的入射角，pp為發射和接收電磁波極化的方向，取值為hh或vv，分別表示發射和接收均為水平極化或發射和接收均為垂直極化；

所述雪層覆蓋下海冰參數模塊用于探測海冰的參數，所述海冰的參數包括{h_i,q_i,ρ_i,r_i,ε_i,ε_b,T_w}，其中，h_i為海冰的厚度，q_i為海冰的熱傳導率，ρ_i為淡水冰的密度，r_i為冰散射粒子的平均半徑，ε_i＝ε′_i+jε″_i為純冰的介電常數，其中，j為虛數，ε_b＝ε′_b+jε″_b為海冰中鹵水胞的介電常數，T_w為海冰中水的溫度；

所述環境參數模塊包括覆蓋海冰上雪的參數模塊和海冰上方空氣的參數模塊，所述覆蓋海冰上雪的參數模塊用于探測覆蓋海冰上雪的參數，所述覆蓋海冰上雪的參數包括{h_s,q_s,ρ_s,u_s,w_s,l_s,ε_s}，其中，h_s為覆蓋海冰上雪的厚度，q_s為覆蓋冰上雪的熱傳導率，ρ_s為雪的密度，u_s為雪表面的均方根斜率，w_s為雪表面高度的標準差，l_s為雪表面的相關長度，ε_s＝ε′_s+jε″_s為雪的介電常數；所述海冰上方空氣的參數模塊用于探測海冰上方空氣的參數，所述海冰上方空氣的參數有{T_a,ε_a}，其中，T_a為空氣的溫度，ε_a＝ε′_a+jε″_a為空氣的介電常數；

所述海冰溫度模塊根據所述雪層覆蓋下海冰參數模塊的探測結果和所述環境參數模塊的探測結果計算海冰的溫度T_i，其中所述海冰的溫度T_i根據下式計算得到：

Ti=hsqiTw+hiqsTahsqi+hiqs-273.0;]]>

所述海冰鹽度模塊根據所述雪層覆蓋下海冰參數模塊的探測結果計算海冰的鹽度S_i，其中S_i根據下式計算得到：

Si=14.24-19.39hihi≤0.47.88-1.59hihi>0.4;]]>

所述鹵水胞鹽度模塊根據所述海冰溫度模塊的輸出計算海冰中鹵水胞的鹽度S_b，其中S_b根據下式計算得到：

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;]]>

所述鹵水包密度模塊根據所述鹵水胞鹽度模塊的輸出計算海冰中鹵水胞的密度ρ_b，其中ρ_b根據下式計算得到：ρ_b＝1+0.0008S_b；

所述鹵水胞體積模塊用于計算海冰中鹵水胞的體積其中根據下式計算得到：

V~b=ρiSiρbSb-Si(ρb-ρi);]]>

所述雪層覆蓋下鹵水胞體積模塊用于計算雪層覆蓋下的海冰中鹵水胞的體積V_b，其中V_b根據下式計算得到：Vb=V~bρs[(1-V~b)ρi+V~bρb];]]>

所述雪層覆蓋下海冰體積模塊用于計算雪層覆蓋下的海冰中海冰的體積V_i，其中V_i根據下式計算得到：Vi=(1-V~b)ρi2ρs[(1-V~b)ρi+V~bρb]]]>

所述海冰介電常數模塊根據所述電磁波參數模塊的輸出計算海冰的介電常數ε_si，其中ε_si根據下式計算得到：ϵsi=ϵsi′+jϵsi′′≅ϵi′1-3Vb+jVbϵb′′;]]>

所述電磁波穿透海冰模塊根據所述電磁波參數模塊的輸出計算電磁波穿透海冰的深度δ_si，其中所述電磁波穿透海冰的深度δ_si根據下式計算得到：

δsi=12k{[(1+ϵsi′′ϵsi′)2-1]ϵsi′2}-12;]]>

所述雪層覆蓋下海冰后向體散射系數模塊根據Rayleigh體散射模型得到雪層覆蓋下海冰的后向體散射系數

所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數模塊用于計算雪層覆蓋下海冰的后向面散射系數所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數模塊包括物理光學模塊和幾何光學模塊：

如果雪表面的均方根斜率u_s＜0.25，所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數通過物理光學模塊得到；

如果雪表面的均方根斜率u_s≥0.25，所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數通過幾何光學模塊得到；

所述雪層覆蓋下海冰總后向散射系數模塊用于計算雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數σ⁰(θ)，所述雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數σ⁰(θ)根據下式計算得到：

σ0(θ)=σsur0(θ)+(1-|Rpp(θ)|)2σvol0(θ),]]>其中為所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數模塊的輸出參數，R_pp(θ)為Fresnel反射系數，為所述Rayleigh體散射模塊的輸出參數。