[发明专利]一种基于SAR数据的城区空气动力学粗糙度反演方法

权利要求书

1.一种基于SAR数据的城区空气动力学粗糙度反演方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：对所述城区下垫面的SAR数据进行处理，提取出能表征所述下垫面粗糙特性的极化散射参量；所述城区下垫面的SAR数据进行处理的步骤包括：对SAR数据的辐射定标、滤波、几何校正和配准处理，其中，全极化SAR数据处理还包括极化分解和极化参数提取步骤，单/双极化SAR数据处理还包括后向散射系数提取步骤；以及分析城区各区域中地物的后向散射系数、极化方位角、同极化与交叉极化相位差、面散射、二次散射、体散射极化散射参量的差异性；最终确定最能表征城区下垫面粗糙度特性的极化散射参量；

第二步：对利用气象塔测量得到的多层风速风向梯度数据进行处理，计算出在不同方向上的空气动力学粗糙度；

第三步：利用方向与尺度分析技术，通过分析所述极化散射参量与空气动力学粗糙度的相关性确定上风向扇形区域的最佳尺寸；

第四步：从所述SAR数据中提取所述最佳上风向扇形区域内的极化散射参量，在所述最佳上风向扇形区域内的极化散射参量与城区空气动力学粗糙度之间建立定量关系模型；

第五步，利用第四步建立的定量关系模型反演得到城区空气动力学粗糙度分布图。

2.根据权利要求1所述的城区空气动力学粗糙度反演方法，其特征在于，所述第二步中对多层风速风向梯度数据进行处理的步骤包括：

首先剔除存在明显错误的数据，然后以理查逊数确定大气稳定度，再选用满足中性层结条件的风速梯度数据，并根据式(1)：

其中，u_*为近地面层摩擦速度，k为Von Karman常数，z为离地面的实际高度，z₀为空气动力学粗糙度，d₀为零平面位移，u_(Z)为离地面实际高度z时的风速；

利用拟合迭代法计算得到不同方向上的空气动力学粗糙度其中i表示空气动力学粗糙度计算值的编号，θ_i表示第i个空气动力学粗糙度对应的风向。

3.根据权利要求2所述的城区空气动力学粗糙度反演方法，其特征在于，根据式(1)和拟合迭代法计算z₀和d₀的具体步骤为：选取不同d₀值d_i，由u_(z)和ln(z-d_i)做线性回归，直到u_(z)和ln(z-d_i)相关系数达到最大时d_i为d₀的真值，此时由线性斜率u_*/k可得u_*，由截距u_*/k·ln(z₀)可得到z₀的真值。

4.根据权利要求1所述的城区空气动力学粗糙度反演方法，其特征在于，所述第三步中确定上风向扇形区域最佳尺寸的步骤包括：

(1)根据第二步获取的不同方向上空气动力学粗糙度确定每个地面观测结果对应的时间和风向θ_i；

(2)根据空气动力学粗糙度地面观测结果对应的时间，选择相应时相的SAR图像数据；

(3)定义上风向扇形区域半径和夹角的取值范围和步长；

(4)利用气象观测资料计算得到的空气动力学粗糙度数据的时间及风向设定不同大小的扇形区域，提取每个空气动力学粗糙度数据对应的不同大小扇形区域内的极化散射参量

(5)对所述每个空气动力学粗糙度数据和与其对应的不同大小扇形区域内的极化散射参量进行相关性分析，计算两者之间的相关系数，进而确定相关系数最大值对应的尺寸为最佳上风向扇形区域半径和夹角。

5.根据权利要求4所述的城区空气动力学粗糙度反演方法，其特征在于，所述步骤(3)中上风向扇形区域的半径取值范围为1000～7000m，步长为500m，扇形区域的夹角取值为30度、45度或60度。