QuikScat / SeaWinds

介绍

快速散射仪(快速放置在轨道上的仪器)于1999年6月推出,并于2009年11月进行操作。我们将该仪器称为Quikscat(或QSCAT),将其区分开于同一卫星平台上MIDORI的几乎相同的海风散射仪。2(美国科学家称为Adeos-II),从2002年12月到2003年12月开始运营。这些海风散射仪的主要任务是测量海面附近的风。它们对某些陆地和海冰应用也很有用。Seawinds仪器是一系列NASA散射仪中的第三个,该散射仪在Ku波段(即,近14GHz附近的频率)。1978年,第一个Ku-Band散射仪在Seasat上飞行.198年后,NSCAT于1996年8月在日本的Midori-1(Adeos-I)航天器上推出。欧洲人还将卫星散射仪飞行,在C波段运行(约。5 GHz)。其中两个名为ascat,目前正在运行。

海风散射计本质上是一种雷达,它将微波脉冲发射到地球表面,然后测量返回仪器的功率。这种“反向散射”功率与表面粗糙度有关。对于水面,表面粗糙度与近地表风速和风向高度相关。因此,在海面上10米高度的风速和风向是通过散射计的后向散射功率测量得到的。万博吧manbet客户端2.0

多年来,我们开发并改进了KU频段地球物理模型功能(GMF)。当前版本称为KU-2011。我们使用它在10米高的冰海洋中从后散射散射计信号导出风速和方向。我们最新版本的Quikscat数据,V4于2011年4月28日发布,在使用这款新的GMF完成后重新处理后。这项活动的目标是改善风速检索,特别注意高风。

海洋上空大风的准确观测对于分析从局部(风暴、气旋)到全球尺度(海气交换、海洋环流)的现象非常重要。然而,由于两个原因,卫星回收强风具有挑战性。首先,它们经常被雨水污染,很难在检索中分离风和雨信号。其次,大于20m /s的风的验证数据很少,因此限制了我们对卫星反演的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生产版本4 (V4)数据产品。GMF是用来从反向散射散射计的信号得出10米高度的无冰海洋上的风速和方向。我们的目标是提供高质量的散射计风速检索,用于气候研究。

当Remote Sensing Systems (Wentz和Smith, JGR 2001)开发QuikScat风反演方法时,包含万博体育app网页注册大风的验证数据非常有限。对大于20m /s的风速进行了推断和假设。在QuikScat启动后的10多年里,有更多的验证数据可用,也更容易评估Ku-2011大风的质量。

使用Windsat数据作为校准目标,开发了新开发的KU-2011 GMF(Ricciardulli和Wentz,准备稿件)。RSS最近在Polarimetric风矢量检索方面取得了进步。Meissner和Wentz(IEEE TGARS,2009)开发了一种新的挡风玻璃算法,即使在雨中也有效,并使用NOAA飓风研究部门(HRD)DataSet在风暴条件下培训。万博网址是什么新的Quikscat模型功能,KU-2011,使用7年观察到的雷达反散射比(Sigma_0)与无雨风风向风检测合作。据信迎风检索是准确的,最高可达30米/秒。此外,Windsat能够精确地检测雨,并用于在开发散射计GMF时丢弃雨水的Quikscat Sigma_0。

请注意,QuikScat Ku-2011 (v4)风速已被校准为无雨的WindSat数据。降雨影响散射计的反演结果,平均在低风速时产生正偏差(由于雨滴的信号后向散射),在高风速时产生负偏差(由于大气对信号的衰减)。风向受雨的影响较小,但高雨量(每小时8毫米以上)除外。QuikScat风检索显示在这个网站上,并提供在我们的ftp服务器上的数据文件存在于无雨和有雨地区。在可能的情况下,我们除了提供一个独立的散射计雨旗外,还提供我们其中一个辐射计的雨率估计。我们建议用户同时依赖散射计雨量标志和辐射计雨量信息,从数据处理中移除受雨水污染的数据。有关如何访问和应用雨旗的更多信息,请参阅read例程中的注释。

对于QuikScat,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ssm都用于探测海冰。利用SSMI对海冰的每日观测,散射计的观测可以适当地标记出来,以便在边缘冰带附近获得可靠的风矢量。对于ADEOS-II上的SeaWinds,在同一平台上的AMSR微波辐射计用于雨和海冰检测。

如果在V4 Quikscat数据中,更改应该期望看到:

  1. 风速大于20m /s时风速减小
  2. 改善了极低(< 5米/秒)和高风速(> 15米/秒)时的风向
  3. 辐射计和散射仪在典型高风速区域之间更好地协议

QuikScat V4和SeaWinds V3a数据的数据文件格式相同。数据文件夹名称为“bmaps_v04”,文件版本名称已更改为“v4”。所有读取例程(Fortran, IDL, MatLab和Python)将工作在QuikScat v4数据和SeaWinds v3a数据上。更多关于Ku-2011转基因食品和QuikScat再处理的详细信息可以在文章中找到Ricciardulli和Wentz(2015)以及RSS的技术报告利用Ku-2011地球物理模型函数重新处理的风矢量QuikScat V04

RSS散射计数据产品

我们在ADEOS-II(版本-3a)数据产品上发布了QuikScat(版本-4)和SeaWinds。对于这两种仪器,有两种类型的产品可供使用:1)切片产品,它将每个文件中的数据按照垂直于卫星路径的切片行组织成一个切片;2)与RSS辐射计数据在许多方面类似的网格化二进制数据文件。

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分钟的平均表面风。

表面风向

空气运动的角度(海洋学惯例)。

雨的信息

降雨时散射计的数据不太准确。数据产品包括散射计导出的雨旗,以及同位置辐射计柱状雨率。

网格二进制文件

我们通过将散射计轨道数据映射到0.25°纬度地球电网来生产每日和时间平均(3天,每周,每月)网格数据文件。

网格Quikscat和Seawinds数据通过FTP公开提供: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
日常的 (一)/(月)/ qscat_yyyyymmddv4.gz.

3天

(一)/(月)/ qscat_yyyymmddv4_3day.gz
每周 周/ qscat_yyyyymmddv4.gz.
每月 (一)/(月)/

qscat_yyyyymmv4.gz.

在[年],[月],“yyyy”,“mm”,“DD”和“V”代表:

[年] 年文件夹 Y2002,Y2003等
(月) 月文件夹 m01(1月)、m02(2月)等
yyyy. 2002年,2003年等
毫米 01(1月),02(2月)等
DD. 一天 01、02、…31
V. 版本 4.

请注意,3天和每周文件在其结束时命名(包括第3或第7天)。

数据以单个字节值编码。每个数据文件包含一系列字节映射或BMAPS,每个字节映射或BMAPS在四分之一度分辨率下表示地球:1440 x 720字节。

日常文件字节阵列的大小1440 x 720 x 4 x 2(经度,纬度,参数,轨道段(升序或下降通行证))。4个参数是:UTC观察时间,海面风速,海面风向,以及雨旗/搭配辐射计雨组合值(见下文).每个参数都有两个地图:一个是上升轨道段(当地早晨通道),另一个是下降轨道段(当地晚上通道)。

代表 范围
1440 经度 0到360
720. 纬度 -90到90
4. 参数 UTC时间,风速,风向,雨信息
2 轨道段 上行通过,下降通行证

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

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。3个参数是:海面风速、海面风向和雨旗/配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到90
3. 参数 风速、风向、雨量信息

平均时间文件包含3张全球地图:[风速,风向,雨信息]

对于平均散射计数据,风速为标量平均,风向为矢量平均。因此,如果每日观测记录的是风向相反的强风,那么标量速度平均将反映高的平均风速,而矢量方向平均将指出盛行的方向。

一个时间复合网格单元将包含数据,如果存在最小的观测数:

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

每日地图上的数据在连续轨道相交的高纬度地区和一天中最后一轨道与第一轨道重叠的“缝”或区域都被覆盖。

1440列和720行地图的第一个单元的中心在东经0.125和纬度-89.875处。第二个单元格的中心是东经0.375,纬度-89.875。

数据值均为0到255.已保留特定值:

0到250 = 有效的地球物理数据
251 = 不用于散射仪
252 = 不用于散射仪
253 = 散射计观测是存在的,但很差
254 = 没有散​​射仪观察
255 = 土地群众

需要缩放0到250之间的数据值以获得有意义的地球物理数据。要缩放数据:

时间: 要么乘以 6.0 要得到 UTC时间,每天0到1440分钟
或乘以 0.1 要得到 0.0至24.0 UTC时间
风速 乘以 0.2 要得到 0.0到50.0米/秒
风向 乘以 1.5 要得到 0.0到360.0度
雨旗 提取第一位 要得到 0 =没有下雨;1 =雨
辐射计雨 提取位3到8 -0.5 (x / 2) 要得到 0到31公里* mm / hr

海洋学公约规定了风向。这意味着:

吹向北: 0°(或360°)
吹吹东西: 90°
风吹南: 180°
风吹西: 270°

雨字节包含3条信息。使用位提取以获取以下内容:

散射仪雨旗
(1)
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分钟内的辐射计数据
辐射计柱状雨率
(位3 - 8)
0 =不下雨
1 =相邻细胞中的雨
2到63 =数值/2 -0.5雨率,单位为km*mm/hr)

文件以压缩形式存储。如果您的编程环境直接读取压缩文件,请在读取之前使用任何GZIP兼容的工具解压缩文件。

阅读例程

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的数据文件格式是相同的。读取程序适用于Quikscat和Seawinds数据集。

缺失的数据

这些数据中存在缺口。缺少数据通常会影响Daily和3-Day产品,但也会减少Weekly和Monthly平均数的观察数量。

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地图,说明那段时间没有数据可用。

没有产生完全缺少数据的日期的二进制数据文件;他们将缺席我们的FTP服务器。

数据差距通常是由于我们的处理设施上游的数据缺失,例如仪器已关闭。偶尔,最近录制的数据获得和/或处理存在延迟;超过几周,不太可能缺少数据将可用。

关于丢失的QuikScat和SeaWinds数据的官方资料可在以下网址找到:
http://podaac.jpl.nasa.gov/oceanwind/quikscat/seawinds-quikscat_knownproblems/l2b_datagaps.

雨污污染

雨是影响散射计的一个众所周知的问题。它往往会导致错误的交叉轨迹矢量和/或不切实际的高速度。

这是一个例子:

快船风向2006年2月14日傍晚经过夏威夷“src=

注意图像中被雨水污染的数据。散射计导出的雨旗被用来绘制灰色的箭头,而不是黑色。数据文件中也提供了配置的辐射计降雨率。科学家在做研究时应该使用雨旗和辐射计降雨率来帮助从数据文件中去除降雨影响。万博网址是什么

区域性的冰和陆地问题

未被发现的冬季海冰会影响阿索夫(北黑海)和北部海洋的海洋。通过陆地暴露,萎缩的咸海受到了影响。请注意,所有这些区域都是雨标记的。

浏览图像

我们浏览数据部分中每日,每周或每月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经过。每个通道的大约UTC时间被标记在图像的底部。显示的数据日期是UTC时间采集的数据(请参阅常见问题解答的地图日期和时间部分)。上升和下行段的观察时间在一天中交错。使用前一个和下一个按钮浏览日常通过段时,大约一半的地球将以时间顺序浏览;其他一半不会以时间顺序浏览。

10米的海洋表面风速的等级位于每个图像上,延伸到零和45米/秒。陆地区是灰色的。散射仪数据不可用的区域是黑色的。对于日常地图,黑色包括卫星未通过的区域,没有收集数据,收集数据的区域,但确定是糟糕的,沿海地区和含有海冰的地区。

浏览图像是由我们的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平均时间的文件外,我们仅发布散射计数据的狭幅文件。这些文件包含了卫星绕地球轨道的测量数据。万博吧manbet客户端2.0这些数据是由与卫星运行方向垂直的观测单元组织起来的。这使得数据网格与我们其他产品中使用的标准纬度/经度网格成一个角度。

轨道散射仪数据通过FTP公开提供: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RRRRR为5位轨道号。

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.xt.

以上文件各栏分别表示:

轨道号码 好的WVC行数 赤道交叉日期(UTC) 赤道交叉时间(UTC) 赤道过度经度

轨道期

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

Quikscat和Seawinds Swath文件格式是相同的。读取程序适用于Quikscat和Seawinds数据集。

验证数据有助于确保您正常读取数据文件是: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年,Quikscat的雨旗开发,技术报告编号121999,Remote Sensing Syste万博体育app网页注册ms, Santa Rosa, CA, 13页。

Ricciardulli,L.和F.J.Wentz,2011年,用KU-2011地球物理模型功能进行重新处理的Quikscat(V04)风矢量,技术报告编号043011,遥感系统,圣罗莎,CA,8PP。万博体育app网页注册

Ricciardulli,L.和F.J.Ventz,2015年:气候质量风的散射仪地球物理模型功能:Quikscat Ku-2011大气和海洋技术杂志,32,1829 - 1846。

Wentz, F.J.和D.K. Smith, 1999年,NSCAT观测中的14 GHz海洋归一化雷达截面的模型功能,地球物理研究杂志,104(C5),11499-1万博网址是什么1514。

相关数据集

Ku-2011 GMF被提供给喷气推进实验室,在QuikScat数据上运行。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,请参见喷气推进实验室。DAAC

确认

Quikscat和Seawinds数据是由NASA海洋矢量风科学团队提供资金的遥感系统。万博体育app网页注册由于NASA JPL提供用于创建这些产品的L2A数据文件。

如何引用

没有NASA的支持,无法发生此数据集的生产。我们需要您在出版物中使用时务必引用这些数据,以便我们可以展示向科学界的数据的价值。manbext万博官网请在纸质的确认部分中包含以下声明:

“Quikscat(或Seawinds)数据由遥感系统生产,并由美国宇航局海洋矢量风科学团万博体育app网页注册队赞助。数据可供选择www.dj-hx.com.。“

在出版物中使用的官方数据引文如下。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.Ventz,D.K.史密斯,2011年:遥感系万博体育app网页注册统Quikscat Ku-2011 [指示您是否每天使用3天,每周或每月]海洋矢量风在0.25°Grid版本4上,[表示子集是否使用过。万博体育app网页注册遥感系统,圣罗莎,加州www.dj-hx.com/missions/qscat。[访问DD MMM YYYY]。

对于轨道Quikscat数据:Ricciardulli,L.,F.J.Ventz,D.K.史密斯,2011年:遥感系万博体育app网页注册统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,[表示子集]。万博体育app网页注册遥感系统,圣罗莎,加州www.dj-hx.com/missions/qscat。[访问DD MMM YYYY]。

对于ADEOS-II上的SeaWinds: Wentz, F.J.和D.K. Smith, 2005: Remote S万博体育app网页注册ensing Systems SeaWinds[指示您使用的是每日、3天、每周还是每月]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。[访问DD MMM YYYY]。