Método conjunto de inversión de parámetros de campos de oleaje y viento SAR polarizados en condiciones marítimas medias a altas

ZHU Yuan ,  

WAN Yong ,  

SUN Weifeng ,  

摘要

El radar de apertura sintética SAR (Synthetic Aperture Radar), gracias a su alta resolución y su capacidad de observación marítima ininterrumpida y bajo cualquier condición meteorológica, juega un papel importante en el monitoreo de los parámetros del oleaje y el viento marino. Ante el problema de la baja precisión de los métodos actuales para la inversión de parámetros del oleaje y viento en condiciones marítimas medias a altas, este estudio utiliza datos de SAR en modo WV del Sentinel-1, incorporando tres parámetros aproximados de polarización (entropía de polarización, anisotropía y correlación) como complementos a los parámetros tradicionales (ángulo de incidencia, varianza normalizada). Además, basándose en los algoritmos de regresión de vectores de soporte (SVR) y redes neuronales convolucionales (CNN), se construyeron modelos conjuntos de inversión de parámetros de campos de oleaje y viento adecuados para condiciones marítimas medias a altas (velocidad del viento entre 10.8 y 28.8 m/s). Los resultados muestran que los errores cuadráticos medios para la velocidad del viento, dirección del viento, altura significativa y período medio obtenidos con SVR comparados con los datos ERA5 y NDBC fueron respectivamente 1.27 m/s, 23.46°, 0.22 m, 0.62 s y 1.10 m/s, 25.37°, 0.22 m, 0.59 s; mientras que con CNN fueron 1.15 m/s, 23.53°, 0.18 m, 0.53 s y 1.08 m/s, 25.85°, 0.19 m, 0.54 s, demostrando la efectividad de los modelos conjuntos para condiciones marítimas medias a altas. En comparación con los métodos teóricos tradicionales, los errores cuadráticos medios de la altura significativa, período medio y velocidad del viento invertidos mediante SVR y CNN en comparación con los datos ERA5 se redujeron en 0.67 m, 0.62 s, 0.3 m/s y 0.71 m, 0.71 s, 0.42 m/s respectivamente, evidenciando una mejora significativa en la precisión. Además, para validar la efectividad de los modelos bajo condiciones marítimas altas, se recopilaron datos de dos huracanes en 2020 en el Atlántico Norte para análisis de casos. Los resultados muestran que los modelos también pueden obtener parámetros de oleaje y viento bastante precisos bajo condiciones marítimas altas. En resumen, los modelos conjuntos establecidos en este estudio proporcionan una solución efectiva para la inversión precisa de parámetros de oleaje y viento en condiciones marítimas medias a altas, y ofrecen una referencia importante para estudios futuros en ambientes oceánicos bajo condiciones extremas.

关键词

Radar de apertura sintética;Método de inversión conjunta;CNN;SVR;Parámetros de campos de oleaje y viento;Condiciones marítimas medias a altas;Parámetros de polarización

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