ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite 2)卫星激光雷达数据被广泛应用于地形地貌测绘、森林监测、水域监测等多个领域。当ICESat-2飞越海面时,可以检测到被海面反射回的微弱光子信号,其反映了海面的起伏状态,但同时也包含...ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite 2)卫星激光雷达数据被广泛应用于地形地貌测绘、森林监测、水域监测等多个领域。当ICESat-2飞越海面时,可以检测到被海面反射回的微弱光子信号,其反映了海面的起伏状态,但同时也包含了设备噪声、大气颗粒散射噪声、背景干扰噪声等大量噪声光子。本研究提出了一种新的海面信号光子提取和海浪要素反演方法,首先将原始ICESat-2数据沿垂直方向均匀分段,统计各段内光子数,对其进行高斯拟合和迭代中值滤波,确定精确的海面光子上下界,从而提取出海面信号光子。进一步采用支持向量回归拟合,提取瞬时海面轮廓。在此基础上,利用频谱分析方法计算出有效波高和初步海浪峰值波长,通过对同步的强弱激光束相位相干分析,估算海浪波向,并修正海浪峰值波长和计算海浪峰值周期。对来自好望角和萨摩亚海域的24条轨道ICESat-2数据进行海面光子提取和海浪要素反演,并将结果与ERA5再分析数据进行对比验证。结果表明,海浪有效波高、波向和峰值周期的均方根误差(RMSE)分别为0.12 m、28.58°和0.48 s,表明该方法具有较高的海浪要素反演精度,具备进一步探索更大范围激光雷达数据海浪要素提取和分析的潜力。展开更多
文摘ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite 2)卫星激光雷达数据被广泛应用于地形地貌测绘、森林监测、水域监测等多个领域。当ICESat-2飞越海面时,可以检测到被海面反射回的微弱光子信号,其反映了海面的起伏状态,但同时也包含了设备噪声、大气颗粒散射噪声、背景干扰噪声等大量噪声光子。本研究提出了一种新的海面信号光子提取和海浪要素反演方法,首先将原始ICESat-2数据沿垂直方向均匀分段,统计各段内光子数,对其进行高斯拟合和迭代中值滤波,确定精确的海面光子上下界,从而提取出海面信号光子。进一步采用支持向量回归拟合,提取瞬时海面轮廓。在此基础上,利用频谱分析方法计算出有效波高和初步海浪峰值波长,通过对同步的强弱激光束相位相干分析,估算海浪波向,并修正海浪峰值波长和计算海浪峰值周期。对来自好望角和萨摩亚海域的24条轨道ICESat-2数据进行海面光子提取和海浪要素反演,并将结果与ERA5再分析数据进行对比验证。结果表明,海浪有效波高、波向和峰值周期的均方根误差(RMSE)分别为0.12 m、28.58°和0.48 s,表明该方法具有较高的海浪要素反演精度,具备进一步探索更大范围激光雷达数据海浪要素提取和分析的潜力。
