QuikScat / SeaWinds

介绍

快速散射计(一种快速送入轨道的海风仪器)于1999年6月发射,并一直运行到2009年11月。我们将这台仪器称为QuikScat(或QSCAT),以区别于midori2号卫星平台(美国科学家称为ADEOS-II)上几乎相同的海风散射计,后者在2002年12月至2003年10月期间短暂运行。这些海风散射计的主要任务是测量海洋表面附近的风。它们对一些陆地和海洋冰的应用也很有用。海风仪器是NASA在ku波段(即接近14千兆赫频率)工作的一系列散射计中的第三个。第一个ku波段散射计于1978年在SeaSat上飞行。18年后的1996年8月,NSCAT由日本的Midori-1 (ADEOS-I)宇宙飞船发射升空。欧洲人还发射了卫星散射计,它在c波段(约为60度)运行。5 GHz)。其中两个名为ASCAT,目前正在运行。

海风散射计本质上是将微波脉冲发射到地球表面,然后测量返回仪器的功率的雷达。这种“后向散射”功率与表面粗糙度有关。对于水面,表面粗糙度与近地面风速和风向高度相关。因此,通过测量散射计的后向散射功率,可以反演海面10米高度处的风速和风向。万博吧manbet客户端2.0

多年来,我们开发和改进了ku波段地球物理模型函数(GMF)。目前的版本被称为Ku-2011。我们用它来推导无冰海洋上10米高的风速和方向,从反向散射散射计信号。我们最新版本的QuikScat数据V4,在使用这个新的GMF完成再处理后,于2011年4月28日发布。这项活动的目标是改进风速的检索,特别注意大风。

准确观测海洋上空的大风对于分析从局部(风暴、旋风)到全球尺度(海气交换、海洋环流)的现象非常重要。然而,卫星反演大风具有挑战性,原因有二。首先,它们经常受到降雨的污染,在反演过程中很难区分风和雨信号。第二,风速大于20 m/s的验证数据很少,因此限制了我们对卫星反演大风的准确性的理解。

数据处理

QuikScat的数据在仪器停止工作后进行了最后的再处理。我们使用改进的Ku-2011 GMF来生产Version-4 (V4)数据产品。GMF用于从反散射散射计信号推算无冰海洋上10米高度的风速和方向。我们的目标是为气候研究提供高质量的散射计风速反演。

在遥感系统(Wentz and Smith, JGR 2001)开发QuikScat风况反演方法时,包含大风的验证数据非常有限。万博体育app网页注册对风速大于20m /s的情况进行了推断和假设。QuikScat推出10多年来,获得了更多的验证数据,也更容易评估Ku-2011大风的质量。

新开发的Ku-2011 GMF (Ricciardulli and Wentz,手稿准备中)是利用WindSat数据作为校准目标开发的。RSS最近在偏振风矢量反演方面取得了进展。Meissner和Wentz (IEEE TGARS, 2009)开发了一种新的用于WindSat风的算法,该算法即使在下雨时也有效,并使用NOAA飓风研究部(HRD)数据集在风暴条件下进行了训练。万博网址是什么新的QuikScat模型函数Ku-2011使用了7年观测到的雷达后向散射比(sigma_0)与无雨的WindSat风反演数据。据信,WindSat反演的风速至少为30米/秒。此外,WindSat能够准确地探测到降雨,在开发散射计GMF时,用于在接近降雨时丢弃QuikScat sigma_0。

请注意,QuikScat Ku-2011(v4)风速已根据无雨WindSat数据进行校准。降雨影响散射计的检索,平均而言,在低风速下会产生正偏差(由于雨滴的信号后向散射),在高风速下会产生负偏差(由于信号的大气衰减).除高降雨率(8 mm/hr以上)外,风向受降雨影响较小.QuikScat风反演显示在本网站上,并在我们ftp服务器上的数据文件中提供。无雨和多雨地区都存在。如果可能,除了独立的散射计雨旗外,我们还提供一个来自我们的辐射计的雨率估计。我们建议用户同时依赖散射计雨旗和辐射计r文件中的rain信息,以从数据处理中删除受雨水污染的数据。有关如何访问和应用rain标志的更多信息,请参阅提供的读取例程中的注释。

对于QuikScat的情况,我们使用4个卫星微波辐射计(F13 SSMI、F14 SSMI、F15 SSMI和TMI)来确定QuikScat观测位置是否存在降雨。此外,所有可用的SSMIs都用于探测海冰。使用SSMI海冰每日观测值,散射计观测值可以适当标记,以便能够立即在边缘冰区附近获得可靠的风矢量。对于ADEOS-II上的海风,同一平台上的AMSR微波辐射计用于雨水和海冰探测。

在v4 QuikScat数据中应该看到的变化包括:

  1. 风速大于20 m/s时风速降低
  2. 在极低(< 5米/秒)和高风速(> 15米/秒)时改善风向
  3. 在典型的高风速地区,辐射计风和散射计风的一致性更好

QuikScat V4和SeaWinds V3a数据的数据文件格式保持不变。数据文件文件夹名称为“bmaps_v04”,文件版本名称已更改为“v4”。所有的读例程(Fortran, IDL, MatLab和Python)将在QuikScat v4数据和SeaWinds v3a数据上工作。更多关于Ku-2011 GMF和QuikScat再处理的详细信息可以在文章中找到Ricciardulli和Wentz (2015)以及RSS的技术报告具有Ku-2011地球物理模型功能的再处理风矢量QuikScat V04

RSS散射计数据产品

我们在ADEOS-II (version-3a)数据产品上发布了QuikScat (version-4)和SeaWinds。对于这两种仪器,有两种类型的产品可用:1)条带产品,其中包含一个条带每个文件的数据,由垂直于卫星路径的条带行组织;2)网格化二进制数据文件,在许多方面与RSS辐射计数据类似。

测量 定义
表面风速

水面以上10米的风速,由表面粗糙度(风应力)得出,大致相当于8 - 10分钟的平均海面风。

表面风向

空气运动的角度(海洋学惯例)。

雨的信息

散射计的数据在下雨时不太准确。数据产品包括散射计导出的雨旗,和同一位置的辐射计柱状雨率。

网格二进制文件

我们通过将散射计的轨道数据映射到经度为0.25°、纬度为0.25°的地球网格,生成每日和时间平均(3天、每周、每月)网格化的数据文件。

Gridded QuikScat和SeaWinds数据可通过FTP访问:ftp://ftp.remss.com/qscat/bmaps_v04ftp://ftp.remss.com/seawinds/bmaps_v03

文件夹和文件名遵循以下约定:

时间 目录路径 文件名称
每天 (一)/(月)/ qscat_yyyymmddv4.gz

为期3天

(一)/(月)/ qscat_yyyymmddv4_3day.gz
每周 周/ qscat_yyyymmddv4.gz
月刊 (一)/(月)/

qscat_yyyymmv4.gz

其中[年]、[月]、“yyyy”、“mm”、“dd”和“v”表示:

(年) 年文件夹 y2002, y2003等等。
(月) 月的文件夹 m01(1月)、m02(2月)等
yyyy 一年 2002、2003等。
毫米 01(1)、02(2)等
dd 一天 01, 02, ... 31
v 版本 4

请注意,3天文件和每周文件以它们结束的那天命名(包括第3天或第7天)。

数据以单字节值编码。每个数据文件包含一个字节映射序列,或bmap,每个代表四分之一度分辨率的地球:1440 x 720字节。

日常文件大小为1440 x 720 x 4 x 2(经度、纬度、参数、轨道段(上行或下行通道))的字节数组。这4个参数是:UTC观测时间、洋面风速、洋面风向和雨旗/配置辐射计的雨组合值(见下文).每个参数存在两个映射:一个是上升轨道段(当地上午通行证),另一个是下降轨道段(当地晚上通行证)。

代表 范围
1440 经度 0到360
720 纬度 -90年到90年
4 参数 国际标准时间、风速、风向、雨量资料
2 眶段 上行通道,下行通道

因此,每日文件包含8个全局地图:
【上升时间、上升速度、上升方向、上升雨信息、下降时间、下降速度、下降方向、下降雨信息】

时间平均文件(3天、每周、每月)是大小为1440 x 720 x 3(经度、纬度、参数)的字节数组。这3个参数是:海面风速、海面风向和雨旗/并置辐射计雨率组合值(见下文).

代表 范围
1440 经度 0到360
720 纬度 -90年到90年
3. 参数 风速,风向,降雨信息

时间平均文件包含3个全球地图:[风速,风向,雨信息]

对于平均散射计数据,风速是标量平均的,而风向是矢量平均的。因此,如果每日观测记录到相反方向的强风,标量平均速度将反映高平均速度,矢量平均方向将指出盛行方向。

如果存在最少的观测数,则时间复合网格单元将包含数据:

平均时间 潜在的#观测 典型的#观测 最小号的观察
为期3天 6 ~ 4 2
每周 14 ~10 5
月刊 ~ 60 ~ 45 20.

在连续轨道交叉的高纬度地区和一天的最后一个轨道与一天的第一个轨道重叠的“接缝”区域,每日地图上的数据都会被覆盖。

1440列720行地图的第一个单元格的中心位于东经0.125度和纬度-89.875度。第二个单元格的中心是东经0.375度,-89.875度。

数据值在0到255之间。保留了具体的值:

0至250 = 有效的地球物理数据
251 = 不用于散射计
252 = 不用于散射计
253 = 散射计观测是存在的,但效果很差
254 = 没有散射仪观测
255 = 土地的质量

0 - 250之间的数据值需要进行缩放,以获得有意义的地球物理数据。为了扩大数据规模:

时间: 要么乘以 6.0 得到 UTC时间0到1440分钟
或乘 0.1 得到 0.0至24.0日协调世界时
风速 乘以 0.2 得到 0.0至50.0米/秒
风向 乘以 1.5 得到 0.0到360.0度
雨旗 提取第一位 得到 0 =无雨;1 =雨
辐射计雨 提取比特3到8 (x/2)-0.5 得到 0至31公里*毫米/小时

海洋学公约规定了风向。这意味着:

北风: 0°(或360°)
风吹东: 90°
风吹南: 180°
风吹西: 270°

Rain字节包含3条信息。使用位提取来获得以下信息:

散射仪雨旗
(第1位)
0=不下雨
1 =雨
集中的辐射计国旗
(2)
0 = 60分钟内没有辐射计数据
1 = 60分钟内辐射计数据
辐射计柱状雨率
(第3-8位)
0=不下雨
1 =相邻单元中有雨
2到63 =值/2 -0.5雨率(km*mm/hr)

这些文件是以压缩格式存储的。如果您的编程环境不能直接读取压缩文件,请使用任何GZIP兼容的工具在读取之前解压缩文件。

读例程

我们通过FTP提供Fortran, IDL, Matlab和Python读取例程ftp://ftp.remss.com/qscat/scatterometer_bmap_support

QuikScat和SeaWinds数据文件格式相同。读取程序对QuikScat和SeaWinds数据集都有效。

缺失的数据

这些数据之间存在差距。缺失数据通常会影响每日和3天的产品,但也会减少每周和每月平均的观察次数。

当浏览图像时,导航可能会跳过没有数据的日期,或者您可能会看到一个空白的地图,说明该时间没有可用的数据。

不生成数据完全缺失的日期的二进制数据文件;他们将缺席我们的FTP服务器。

数据间隙通常是由于处理设备上游数据丢失造成的,例如关闭了仪器。有时,在获取和/或处理最近记录的数据时会出现延迟;几周之后,丢失的数据不太可能得到。

有关失踪的“快闪”和“海风”数据的官方资料,可于以下网址查阅:
http://podaac.jpl.nasa.gov/OceanWind/QuikSCAT/SeaWinds-QuikSCAT_KnownProblems/L2B_DataGaps

雨水污染

降雨是影响散射计的一个众所周知的问题。它往往导致错误的交叉轨迹矢量和/或不现实的高速。

下面是一个例子:

QuikScat风矢量2006/02/14晚上经过夏威夷

注意图像中雨水污染的数据。散射计导出的雨旗被用来绘制灰色的箭头而不是黑色。数据文件中也有配置的辐射计降雨率。在进行研究时,科学家应该使用雨旗和辐射计的降雨率来帮助消除数据文件中的降雨影响。万博网址是什么

区域冰与陆地问题

未被发现的冬季海冰影响着阿索夫海(北黑海)和北里海。萎缩的咸海常年受到陆地暴露的影响。注意,所有这些区域都有雨标记。

浏览图片

在我们的浏览数据部分中,每天、每周或每月的散射计图像都显示了特定地理区域的风速和方向。

每日浏览图像分别显示上升和下降的卫星路径。每个过程的大约UTC时间标记在图像底部附近。显示的数据日期是收集数据时的UTC日期(请参阅常见问题中的地图日期和时间部分).在一天中,上行和下行通道段的观测时间是交错的。当使用“上一步”和“下一步”按钮浏览每日通行的路段时,大约有一半的地球将按时间顺序浏览;另一半将不会按时间顺序浏览。

每张图像上都有一个10米的海面风速标度,范围在0到45米/秒之间。陆地区域是灰色的。没有散射计数据的区域是黑色的。在每日地图中,黑色的部分包括卫星没有经过且没有收集到数据的地区、虽然收集了数据但被确定为有问题的地区、沿海地区、有海冰的地区。

浏览图像是从我们的FTP服务器上可用的相同网格数据文件生成的。

片数据文件

除了网格化的每日和时间平均文件外,我们只对散射计数据发布swath文件。这些文件包含了卫星绕地球一周的测量数据。万博吧manbet客户端2.0这些数据是由垂直于卫星移动方向的观测单元来组织的。这使得数据网格与我们其他产品中使用的标准纬/经度网格呈一定角度。

轨道散射计数据可通过FTP公开获取:ftp://ftp.remss.com/qscat/qscat_wind_vectors_v04/ftp://ftp.remss.com/seawinds/seawinds_wind_vectors/

文件按照轨道号(00000to09999、01000to01999、02000to02999等)存储在目录中。文件名的形式如下:

QuikSCAT: winvec_RRRRR_v04.gz
SeaWinds: winvec_RRRRR_v03.dat

其中RRR是五位数的轨道号。

轨道数据文件格式描述如下:ftp://ftp.ssmi.com/qscat/readme_scatterometer.txt

每个轨道的日期和时间信息位于:

QuikScat:

http://data.remss.com/qscat/qscat_info.txt

SeaWinds:

http://data.remss.com/seawinds/seawinds_info.txt

上述档案的各列代表:

轨道数量 好的WVC行数 赤道穿越日(协调世界时) 赤道穿越时(UTC) 赤道穿过经度

轨道周期

读例程在Fortran, IDL和Matlab中提供:ftp://ftp.remss.com/qscat/scatterometer_orbit_support/

QuikScat和SeaWinds的条带文件格式是相同的。读取程序对QuikScat和SeaWinds数据集都有效。

核实数据,以帮助确保您正在正确读取数据文件:ftp://ftp.remss.com/qscat/scatterometer_orbit_support/readme.txt

参考文献

米尔斯,c.a., D.K.Smith,和F.J.Wentz, 1999,为QuikScat开发雨旗,技术报告编号121999,遥感系统,加利福尼亚州圣罗莎,第13页。万博体育app网页注册

Ricciardulli和F.J.Wentz, 2011,利用Ku-2011地球物理模型函数再处理QuikSCAT (V04)风矢量,技术报告编号043011,遥感系统,圣罗莎,加利福尼亚州,8pp。万博体育app网页注册

Ricciardulli, L.和F.J. Wentz, 2015:气候质量风的散射计地球物理模型函数:QuikSCAT Ku-2011大气与海洋技术杂志,32,1829 - 1846。

温茨,F.J.和D.K.史密斯,1999年,基于NSCAT观测的14 GHz海洋归一化雷达截面模式函数地球物理学报,61(5):691 - 698。万博网址是什么

相关的数据集

Ku-2011 GMF被提供给喷气推进实验室,在QuikScat数据上运行。这是NASA PO提供的数据。DAACare very similar to those available at RSS. Different rain flagging and quality flagging are applied and a different gridding process is used to create the Level-3 wind products at JPL. The winds values themselves should contain only minor differences from the RSS data.

有关更多信息和对QuikScat数据的访问,请参阅喷气推进实验室。DAAC

确认

QuikScat和海风的数据是由遥感系统在NASA海洋矢量风科学团队的资助下产生的。万博体育app网页注册感谢NASA JPL提供了用于创建这些产品的L2A数据文件。

如何引用

如果没有NASA的支持,这个数据集的制作是不可能发生的。我们需要您确保在您的出版物中引用这些数据,以便我们能够向科学界展示这些数据集的价值。manbext万博官网请在文件的确认部分附上以下声明:

QuikScat(或称“海风”)数据由遥感系统提供,并由美国宇航局海洋矢量风科学团队赞助。万博体育app网页注册有关资料载于www.dj-hx.com. "

以下是出版物中使用的官方数据引用。manbext万博官网在括号中插入适当的信息。

对于QuikSCAT数据的bytemap版本:Ricciardulli, L., F.J. Wentz, D.K. Smith, 2011: Remote Sensing 万博体育app网页注册Systems QuikSCAT Ku-2011[指示您是否使用每日、3天、每周或每月]0.25度网格上的海洋矢量风,版本4,[指示使用的亚组]。万博体育app网页注册遥感系统,圣罗莎,加州www.dj-hx.com/missions/qscat.[已访问dd mmm yyyy]。

轨道QuikSCAT数据:Ricciardulli, L., F.J. Wentz, D.K. Smith, 2011: Remote Sensing万博体育app网页注册 Systems QuikSCAT Ku-2011[指示您是否使用每日、3天、每周或每月]轨道Swath海洋矢量风L2B,版本4,[指示使用的亚组]。万博体育app网页注册遥感系统,圣罗莎,加州www.dj-hx.com/missions/qscat.[已访问dd mmm yyyy]。

关于ADEOS-II上的海风:Wentz, F.J.和D.K. Smith, 2005:遥感系统海风[指示您是否使用每日万博体育app网页注册、3天、每周或每月]0.25度网格上的海洋矢量风,版本3a,[指示使用的子集]。万博体育app网页注册遥感系统,圣罗莎,加州www.dj-hx.com/missions/qscat.[已访问dd mmm yyyy]。