WaMoS® II – 量測原理

最新波浪量測儀器輸出及準確性

WaMoSR II 量測原則是根據X-Band雷達技術。在接近任何一般X-Band雷達的範圍( ‹5公里)，明顯的表面波(稱為海洋散亂)變成可見的條紋。海洋散亂是從海平面的微波散射所傳送的電磁波的迴波訊號所產生。WaMoSR II 需要至少每秒3公尺風速方可偵測波浪模式。依據雷達重複掃射時間，資料搜集約需80秒隨後之資料處理約需40秒。如此，每2分鐘即可產生方向波譜。

WaMoSR II 資料處理過程

為了推導波浪及表面流資訊，順序擷取雷達影像畫面。資料分析依照列敘述實行：

 

1.雷達影像部份：

為了波浪分析從全部雷達影像中切取界定數量的矩形部份，然後轉換成笛卡兒(Cartesian)座標。一個標準笛卡兒影像涵蓋2平方公里區域。

2.分離傅立葉(Fourier)轉換：

由離散傅立葉的轉換，連續之雷達影像部分轉換成3D影像頻譜。

3.表面流的計算：

表面海流可由縮減3D影像頻譜(3D-image spectrum)中的光譜能量(Spectral energy)的位置與線性表面重力波定義之散亂關系的理論位置之距離獲得。準確地決定表面流是從雷達影像計算方向性波頻譜基本步驟。

4. 3D影像頻譜濾波：

頻譜：結合海洋波浪的能量，利用如帶通濾波器之散亂關系，可從背景雜訊中分離出來。

5. 2D波頻：

波譜：為導出2D波譜，在頻率域中將3D影像波譜積分；利用調節轉換函數(Modulation Transfer Function, MTF)獲得2D波數頻譜(2D-wave number spectrum)。

6.方向波譜的計算：

2D波數頻譜轉換成為頻率-方向波譜乃利用散亂關系(dispersionrelation)來完成

7. 1D頻譜計算：

方向積分可產生1D頻譜，隨而導出所有海況參數。

8.示性波高的預估：

示性波高(Significant wave height)與雷達影像中的訊雜比 (Signal to noise ratio)有關；內部運算功能可檢核其有效性與處理參數的微調；若多風天氣的參考資料可使用，將可得到最佳的結果。

系統需求：

對於監測波浪與海流目的，雷達的需求如下：

WaMoS® II 系統需求

• 天線旋轉速度：最小24 rpm

• 雷達脈衝長度：短脈衝/ 近距離

• 天線長度：最小6英呎

• 未濾波雷達影像訊號影像、同步、水平角、方位角

這些需求可得到約每2秒有7公尺空間解析度和1°角度解析度的雷達影像。標準WaMoS® II 分析使用32個雷達連續影像，提供0.02~0.35 Hz的頻率解析度。此頻率範圍相當於5~40秒的波浪週期。根據X-Band雷達型式、安裝幾何和風速，WaMoS® II的操作範圍從0.1~5.0公里。

WaMoS® II 輸出與準確度：

以下表格列出標準化的WaMoS® II 對於解析度、範圍和準確度之輸出參數。