基于與Jason-2數(shù)據(jù)比對(duì)的Jason-3衛(wèi)星高度計(jì)全球數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估

劉治中，楊俊鋼，張杰*，崔偉

(1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266510；2.自然資源部第一海洋研究所 遙感室，山東 青島 266061)

1 引言

Jason-3衛(wèi)星高度計(jì)是Jason-2高度計(jì)的后繼衛(wèi)星高度計(jì)，該任務(wù)由NOAA（美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局）、EUMETSAT（歐洲氣象衛(wèi)星開(kāi)發(fā)組織）和CNES（法國(guó)宇航局）合作開(kāi)發(fā)。Jason-3高度計(jì)采用了與Jason-2高度計(jì)相同的軌道設(shè)計(jì)，其軌道高度為1 336 km，傾角為66°，軌道重訪周期為10 d。Jason-3高度計(jì)的任務(wù)目標(biāo)是繼TOPEX/Poseidon、Jason-1和Jason-2高度計(jì)之后提供連續(xù)的具有相同精度和空間覆蓋的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)。衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)可應(yīng)用于中尺度渦[1]、大洋環(huán)流[2]、海洋潮汐[3]、臺(tái)風(fēng)[4]、海嘯動(dòng)力學(xué)[5]和厄爾尼諾現(xiàn)象[6]等的研究。由于衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和一致性對(duì)于數(shù)據(jù)在氣候變化預(yù)測(cè)、海平面上升和海洋環(huán)流等方面有關(guān)研究至關(guān)重要，因此開(kāi)展衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估檢驗(yàn)尤為重要。已有的衛(wèi)星高度計(jì)均開(kāi)展了相關(guān)的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估工作。例如，基于Jason-2數(shù)據(jù)對(duì)SARAL高度計(jì)的全球質(zhì)量評(píng)估[7-8]；Jason-1高度計(jì)全球軌道的殘差校準(zhǔn)和驗(yàn)證[9]；HY-2A高度計(jì)的全球數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估[10]；法國(guó)CNES針對(duì)Jason-1、Jason-2、Jason-3和ENVISAT等高度計(jì)均按周期提供了高度計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告，為用戶(hù)使用數(shù)據(jù)提供參考；Jason-1高度計(jì)和Jason-2高度計(jì)也已完成全球數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估[11-12]。截至目前，自Jason-3高度計(jì)發(fā)射以來(lái)，還未見(jiàn)到有關(guān)Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的報(bào)道。

本研究主要針對(duì)Jason-3衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)可用性和有效性分析、高度計(jì)編隊(duì)飛行階段的共線分析、Jason-3和Jason-2高度計(jì)的全球比較分析、Jason-3高度計(jì)自交叉點(diǎn)分析和兩高度計(jì)互交叉點(diǎn)分析，對(duì)Jason-3高度計(jì)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的濕對(duì)流層、電離層、偏指向角、后向散射系數(shù)、風(fēng)速、有效波高、海面高度和海面高度異常等參數(shù)進(jìn)行較全面的質(zhì)量分析。

2 數(shù)據(jù)和研究方法

本研究使用的Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)是CNES提供的gdr_d格式數(shù)據(jù)產(chǎn)品，該產(chǎn)品以10 d為1周期發(fā)布，每個(gè)周期包含254個(gè)沿軌數(shù)據(jù)文件。本研究采用Jason-3高度計(jì)0～80周期的數(shù)據(jù)用于Jason-3高度計(jì)全球數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估（其中第0周期數(shù)據(jù)僅做參考），數(shù)據(jù)時(shí)間范圍為2016年2月12日至2018年4月20日。使用的Jason-2高度計(jì)數(shù)據(jù)為280～528周期的gdr_d格式數(shù)據(jù)。其中，Jason-2高度計(jì)第281周期對(duì)應(yīng)Jason-3高度計(jì)第1周期，Jason-2高度計(jì)調(diào)整周期編號(hào)后，第500周期對(duì)應(yīng)Jason-3高度計(jì)第52周期。在進(jìn)行Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估時(shí)將數(shù)據(jù)分為兩個(gè)部分進(jìn)行分析，第1～23周期作為第一部分，此部分Jason-3和Jason-2高度計(jì)處于編隊(duì)飛行階段，可進(jìn)行較為精確的共線比較；另一部分為23周期以后部分，此部分Jason-2高度計(jì)變換軌道，兩高度計(jì)處于不同飛行軌道，無(wú)法進(jìn)行共線比較，此部分將采用全球統(tǒng)計(jì)比較的方法對(duì)Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，為更為直觀展現(xiàn)變化情況，將1～23周期數(shù)據(jù)一并處理加入第二部分的比較。由于Jason-2高度計(jì)軌道調(diào)整前有時(shí)處于休眠待機(jī)狀態(tài)，因此Jason-2與Jason-3高度計(jì)周期對(duì)應(yīng)時(shí)間會(huì)出現(xiàn)空缺。其中，編隊(duì)飛行階段第3周期由于Jason-3高度計(jì)更新GPS軟件導(dǎo)致2016年3月15-17日的數(shù)據(jù)缺失。

本研究在Jason-3數(shù)據(jù)可用性和有效性分析時(shí)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)周期的缺失測(cè)量數(shù)和編輯準(zhǔn)則剔除數(shù)據(jù)數(shù)占總體的比例。在Jason-2與Jason-3高度計(jì)編隊(duì)飛行階段，采用最鄰近方法匹配對(duì)應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)（匹配點(diǎn)平均距離差小于189 m），逐一計(jì)算匹配點(diǎn)各參數(shù)的差值，分析差值的全球空間分布特征，按沿軌分別計(jì)算差值的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，并計(jì)算所有匹配數(shù)據(jù)的總體差值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值。在Jason-2變軌后的全球統(tǒng)計(jì)比較時(shí)，按周期計(jì)算各參數(shù)的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，逐周期比較Jason-3和Jason-2高度計(jì)參數(shù)的一致性。參考快速收縮法等[13-15]多種計(jì)算交叉點(diǎn)的方法，開(kāi)展Jason-3自交叉點(diǎn)和Jason-3與Jason-2互交叉點(diǎn)比較分析。分析交叉點(diǎn)差值的全球分布圖特征，并按周期計(jì)算交叉點(diǎn)不符值及其均方根值（RMS），并計(jì)算總體交叉點(diǎn)不符值及其RMS的平均值。

3 Jason-3高度計(jì)觀測(cè)能力分析

通過(guò)與Jason-2高度計(jì)數(shù)據(jù)逐周期比較，分析Jason-3衛(wèi)星高度計(jì)測(cè)量系統(tǒng)正確采集數(shù)據(jù)的能力，包括全球采樣和海洋表面采樣能力。主要包括幾種跟蹤模式下的不可用數(shù)據(jù)所占比例以及數(shù)據(jù)編輯剔除的無(wú)效測(cè)量數(shù)據(jù)所占比例。

3.1 數(shù)據(jù)可用性分析

確定相對(duì)于理論軌道地面軌跡的缺失測(cè)量數(shù)量是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失信息或衛(wèi)星事件的重要工具。對(duì)于高度計(jì)不同的跟蹤模式所得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)略有不同[16]。本研究主要針對(duì)分離門(mén)跟蹤和中值跟蹤兩種模式進(jìn)行缺失測(cè)量值的比較。

依據(jù)兩種跟蹤模式的綜合觀測(cè)結(jié)果，對(duì)全球范圍的缺失測(cè)量值的比例和海洋表面范圍的缺失測(cè)量值的比例進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以很明顯地看出Jason-3高度計(jì)在全球范圍內(nèi)的缺失測(cè)量所占比例相對(duì)于同時(shí)期的Jason-2高度計(jì)平均要高1%～2%。在不考慮Jason-3高度計(jì)第1～8周期、第10周期和第20周期的異常值的前提下，對(duì)于海洋表面范圍內(nèi)的剔除數(shù)據(jù)所占百分比，Jason-3高度計(jì)相對(duì)于Jason-2高度計(jì)低0.01%～0.02%。因此Jason-3高度計(jì)在全球范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)的能力略低于Jason-2高度計(jì)，但在海洋區(qū)域采集數(shù)據(jù)的能力卻略高于Jason-2高度計(jì)。

值得注意的是Jason-3高度計(jì)1～8周期、10周期和20周期由于采取DIODE采集/自主跟蹤模式的高度計(jì)模式，產(chǎn)生了明顯的異常值。Jason-3高度計(jì)模式切換到DIODE+DEM模式時(shí)，海洋表面缺失測(cè)量的比例明顯下降，采集數(shù)據(jù)的能力明顯提高。由此可見(jiàn)，Jason-3高度計(jì)采用DIODE+DEM模式對(duì)于避免海洋區(qū)域數(shù)據(jù)丟失的效果更佳。

3.2 數(shù)據(jù)有效性分析

圖1 全球范圍（a）和海洋表面范圍（b）的逐周期缺失測(cè)量所占比例Fig.1 Cycle-by-cycle monitoring of percentage of missing measurement over the world (a) and over land (b)

根據(jù)高度計(jì)數(shù)據(jù)編輯準(zhǔn)則，通過(guò)數(shù)據(jù)篩選的方式可以剔除掉高度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)中的異常值，使得觀測(cè)結(jié)果更加可靠、穩(wěn)定。對(duì)于Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)，本研究主要關(guān)注海洋數(shù)據(jù)質(zhì)量，因此首先使用高度計(jì)陸地標(biāo)識(shí)、降雨標(biāo)識(shí)和海冰標(biāo)識(shí)篩選出無(wú)雨無(wú)冰的海洋區(qū)域的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步根據(jù)高度計(jì)、輻射計(jì)各個(gè)參數(shù)的閾值范圍（表1）進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選。對(duì)Jason-2高度計(jì)數(shù)據(jù)和Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)用相同的數(shù)據(jù)編輯準(zhǔn)則后進(jìn)行比較，針對(duì)每個(gè)周期分析參數(shù)閾值以外的數(shù)據(jù)所占比例，以此來(lái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的異常情況，這些異?？赡軄?lái)自?xún)x器因素、地球物理因素或算法的不同。

表1 Jason-2和Jason-3高度計(jì)和輻射計(jì)數(shù)據(jù)編輯中的參數(shù)閾值Table 1 Thresholds used for altimeter and radiometer parameters in the Jason-2 and Jason-3 editing procedures

不同編輯準(zhǔn)則濾除異常數(shù)據(jù)所占比例如圖2所示，絕大多數(shù)依據(jù)編輯準(zhǔn)則剔除的高度計(jì)參數(shù)都具有明顯的季節(jié)變化趨勢(shì)。這一現(xiàn)象可能是季節(jié)變化引起海況變化造成的，或者由于南北半球海冰形成或融化導(dǎo)致的海洋覆蓋波動(dòng)引起的。該現(xiàn)象在監(jiān)測(cè)T/P、Jason-1、Jason-2等高度計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)也出現(xiàn)了[11-12]。

Jason-3高度計(jì)的剔除數(shù)據(jù)與Jason-2高度計(jì)剔除數(shù)據(jù)保持一致，僅在偏指向角、有效波高和40周期以后的濕對(duì)流層校正的觀測(cè)中出現(xiàn)較明顯差異。在偏指向角和40周期以后的濕對(duì)流層校正出現(xiàn)剔除數(shù)據(jù)所占百分比偏高的現(xiàn)象，在有效波高的觀測(cè)中出現(xiàn)剔除數(shù)據(jù)所占百分比明顯偏低的現(xiàn)象。由此可以看出，Jason-3高度計(jì)數(shù)據(jù)在有效波高和濕對(duì)流層這兩個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)獲取能力方面有所提高。

4 高度計(jì)參數(shù)分析

本研究針對(duì)Jason-3高度計(jì)的Ku波段的電離層校正、有效波高、后向散射系數(shù)、偏指向角等參數(shù)的總體特征和異常情況進(jìn)行分析。

4.1 20 Hz測(cè)距數(shù)據(jù)觀測(cè)數(shù)和測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)偏差

20 Hz測(cè)距數(shù)據(jù)觀測(cè)數(shù)和測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)偏差主要是采用平均二次誤差（Mean Quadratic Error，MQE）標(biāo)準(zhǔn)來(lái)篩選有效數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)20 Hz測(cè)距數(shù)據(jù)觀測(cè)數(shù)和20 Hz測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)偏差可以揭示儀器測(cè)量級(jí)別的變化。這兩個(gè)參數(shù)的周期平均值如圖3所示，Jason-3高度計(jì)20 Hz觀測(cè)數(shù)和測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)偏差分別約為19.63 cm和7.99 cm，與Jason-2高度計(jì)處于同一水平。這兩個(gè)參數(shù)除了弱季節(jié)信號(hào)外，沒(méi)有明顯異常趨勢(shì)，這表明Jason-3高度計(jì)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 偏指向角

偏指向角的平方是根據(jù)高度計(jì)波形形狀計(jì)算得到。偏指向角的逐周期平均值如圖4所示，Jason-2和Jason-3高度計(jì)偏指向角的平方平均值非常低且處于較穩(wěn)定的同步變化狀態(tài)，這可能與Jason-3和Jason-2高度計(jì)均采用基于高度計(jì)波形的二階模型（MLE4）有關(guān)。Jason-3高度計(jì)前3個(gè)周期的偏指向角值平方偏高是由于高度計(jì)沒(méi)有進(jìn)行PF指向更正（上傳STR1和陀螺儀的更新參數(shù)）導(dǎo)致的。

圖2 不同編輯準(zhǔn)則逐周期剔除數(shù)據(jù)所占百分比Fig.2 Cycle-by-cycle percentages of edited measurements by the main Jason-2 and Jason-3 altimeter and radiometer parameters

圖3 20 Hz測(cè)距數(shù)據(jù)觀測(cè)數(shù)（a）和20 Hz測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)偏差（b）的逐周期平均值Fig.3 Cycle mean of number (a) and standard deviation (b) of 20 Hz range measurements

圖4 偏指向角的平方逐周期平均值比較Fig.4 Cycle mean of square off-nadir angle from waveforms

4.3 后向散射系數(shù)和海面風(fēng)速

在編隊(duì)飛行階段，Jason-3高度計(jì)第3周期完成PF指向更正以后，Jason-3和Jason-2高度計(jì)后向散射系數(shù)差值維持在0.25～0.3 dB之間，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.198 dB左右（圖5），處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯異常波動(dòng)。

在全球范圍內(nèi)比較，Jason-2和Jason-3高度計(jì)后向散射系數(shù)總體上依舊表現(xiàn)穩(wěn)定，后向散射系數(shù)的差值維持在0.3 dB左右，每周期的后向散射系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差平均在1.59 dB左右，兩者之間沒(méi)有觀察到明顯的漂移跡象（圖6）。Jason-2和Jason-3高度計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)偏差分別約為3.5 m/s和3.6 m/s，風(fēng)速平均差值維持在0.42 m/s左右（圖6），這與后向散射系數(shù)表現(xiàn)一致。

4.4 微波輻射計(jì)濕對(duì)流層校正

濕對(duì)流層路徑延遲是由大氣中水汽和云液水對(duì)高度計(jì)脈沖信號(hào)延遲效應(yīng)導(dǎo)致的，雷達(dá)脈沖在穿過(guò)大氣層時(shí)會(huì)受到大氣的衰減作用，導(dǎo)致傳播速率的變化，需要進(jìn)行大氣的延遲校正，因此對(duì)濕對(duì)流層校正參數(shù)的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。

圖5 編隊(duì)飛行階段對(duì)應(yīng)點(diǎn)后向散射系數(shù)逐軌平均差值（Jason-3與Jason-2差值）Fig.5 Pass mean of backscatter coefficient difference during the formation flight phase of Jason-3 minus Jason-2

圖6 后向散射系數(shù)（a）及其標(biāo)準(zhǔn)偏差的逐周期平均值（b）比較，風(fēng)速（c）及其標(biāo)準(zhǔn)偏差的逐周期平均值（d）Fig.6 Cycle mean of backscatter coefficient (a) and standard deviation of backscatter coefficient (b), cycle mean of wind speed (c) and standard deviation of wind speed (d)

圖7 編隊(duì)飛行階段對(duì)應(yīng)點(diǎn)濕對(duì)流層校正逐軌平均差值（Jason-3與Jason-2差值）Fig.7 Pass mean of radiometer wet troposphere correction difference during the formation flight phase of Jason-3 minus Jason-2

在編隊(duì)飛行階段，Jason-3與Jason-2的濕對(duì)流層校正差值平均在0.125 cm左右（圖7），平均標(biāo)準(zhǔn)偏差在2×10-3cm左右，這表明Jason-3高度計(jì)的微波輻射計(jì)濕對(duì)流層校正與Jason-2高度計(jì)處于同一水平且穩(wěn)定工作。Jason-2和Jason-3高度計(jì)全球匹配點(diǎn)濕對(duì)流層校正差值僅在極地和赤道等氣候變化顯著的地區(qū)出現(xiàn)較大差值。其中，由于濕對(duì)流層傳感器原因可能出現(xiàn)觀測(cè)誤差，故儀器會(huì)定期進(jìn)行一次冷天空校準(zhǔn)以保證正常運(yùn)行，Jason-3高度計(jì)第13周期出現(xiàn)躍變的原因可能是儀器漂移的人為調(diào)整，第22周期出現(xiàn)躍變的原因是Jason-3高度計(jì)傳感器進(jìn)行冷天空校準(zhǔn)導(dǎo)致的。

在全球比較過(guò)程中，濕對(duì)流層校正及其標(biāo)準(zhǔn)偏差如圖8所示，Jason-3高度計(jì)與Jason-2高度計(jì)的輻射計(jì)濕對(duì)流層校正處于同一水平，標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線幾乎重疊，這說(shuō)明Jason-3和Jason-2高度計(jì)的輻射計(jì)濕對(duì)流層校正參數(shù)具有相同的穩(wěn)定性。圖8中Jason-2高度計(jì)在第322周期（對(duì)應(yīng)Jason-3高度計(jì)第41周期）的異常低值是由于Jason-2機(jī)動(dòng)調(diào)動(dòng)狀態(tài)結(jié)束后，雖然IGDR產(chǎn)品恢復(fù)正常，但其濕對(duì)流層參數(shù)校正值并未恢復(fù)正常，直到2017年4月3日（對(duì)應(yīng)Jason-2高度計(jì)該周期第231軌跡）才正式恢復(fù)正常。

4.5 雙頻電離層校正

電離層路徑延遲是由大氣中的自由電子對(duì)高度計(jì)脈沖信號(hào)折射所導(dǎo)致的，雷達(dá)脈沖在傳播過(guò)程中會(huì)受到地球電離層的影響，自由電子密度越大則脈沖傳播速度越低。由于電離層延遲和脈沖頻率的平方成反比，因此通常用雙頻觀測(cè)方式估計(jì)電離層校正值。編隊(duì)飛行階段可以觀察到Jason-3和Jason-2高度計(jì)的差值存在0.56 cm左右的系統(tǒng)誤差（圖9），這與兩高度計(jì)的C波段校準(zhǔn)方法不一致有關(guān)。電離層差值的全球分布并不規(guī)則，但總體維持在0.6 cm左右。在全球比較過(guò)程中Jason-3與Jason-2高度計(jì)的電離層差值較小，僅在0.55 cm左右，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差0.03 cm左右（圖10）。這些電離層校正的差異可能取決于用于校正Ku波段和C波段范圍的海況偏差（SSB）模型。

圖8 濕對(duì)流層校正逐周期平均值（a）及其標(biāo)準(zhǔn)偏差（b）Fig.8 Cycle mean of radiometer wet troposphere correction (a) and standard deviation of radiometer wet troposphere correction (b)

圖9 編隊(duì)飛行階段對(duì)應(yīng)點(diǎn)電離層校正逐軌平均差值（Jason-3與Jason-2差值）Fig.9 Pass mean of dual frequency ionosphere correction difference during the formation flight phase of Jason-3 minus Jason-2

4.6 有效波高

有效波高是海洋氣象預(yù)報(bào)中的常用量，可根據(jù)高度計(jì)雷達(dá)回波前緣坡度計(jì)算出來(lái)，近似等于一段時(shí)間內(nèi)或者給定海域內(nèi)海浪最大波高值的1/3。在編隊(duì)飛行階段，Jason-3和Jason-2高度計(jì)可以視為同時(shí)觀測(cè)相同海域的有效波高，此時(shí)二者有效波高差值如圖11所示，Jason-3和Jason-2高度計(jì)有效波高具有極高的一致性，平均差值為0.23 cm左右，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.20 cm左右。在Jason-2高度計(jì)變換軌道以后，Jason-3和Jason-2高度計(jì)不再觀測(cè)同一海域，此時(shí)通過(guò)計(jì)算全球平均值的方法來(lái)進(jìn)行二者有效波高數(shù)據(jù)質(zhì)量比較，結(jié)果如圖12所示。由圖12可以看出，Jason-3和Jason-2高度計(jì)的有效波高及其標(biāo)準(zhǔn)偏差同樣具有較高的一致性，有效波高周期平均的差值在0.24 cm左右，這與編隊(duì)飛行時(shí)比較的結(jié)果一致，這說(shuō)明Jason-3高度計(jì)有效波高數(shù)據(jù)質(zhì)量與Jason-2高度計(jì)相同。

5 Jason-3高度計(jì)海面高度相關(guān)參數(shù)分析

5.1 海面高度

海面高度（Sea Surface Height，SSH）作為監(jiān)測(cè)海洋的重要參數(shù)在開(kāi)展海洋及其相關(guān)研究過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，第4節(jié)所分析的大部分參數(shù)都將用于海面高度的計(jì)算。本研究將采用共線階段（編隊(duì)飛行階段）比較，全球整體比較和交叉點(diǎn)比較（包括編隊(duì)飛行階段重復(fù)軌道）等分析方法對(duì)Jason-3高度計(jì)海面高度進(jìn)行全面系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。

首先，采取下式計(jì)算海面高度：

式中，Alt為高度計(jì)軌道高度；Range為高度計(jì)距離測(cè)量值；Cwet為濕對(duì)流層延遲校正；Cdry干對(duì)流層延遲校正；Ciono為電離層延遲校正；Cinv為大氣逆壓校正；Ctide為潮汐校正，其中包括海洋潮汐校正、固體潮校正和極潮校正；Chf為海面地形的高頻波動(dòng)； S SB為海況偏差。

圖10 雙頻電離層校正逐周期平均值（a）及其標(biāo)準(zhǔn)偏差（b）Fig.10 Cycle mean of dual frequency ionosphere correction (a) and standard deviation of dual frequency ionosphere correction (b)

圖11 編隊(duì)飛行階段對(duì)應(yīng)點(diǎn)有效波高逐軌平均差值（Jason-3與Jason-2差值）Fig.11 Pass mean of significant wave height difference during the formation flight phase of Jason-3 minus Jason-2

在編隊(duì)飛行階段，Jason-3與Jason-2對(duì)應(yīng)點(diǎn)海面高度差值如圖13所示，此時(shí)海面高度差值存在-3 cm左右的系統(tǒng)誤差，其標(biāo)準(zhǔn)偏差僅在0.06 cm左右。

在全球比較過(guò)程中，Jason-3和Jason-2高度計(jì)海面高度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差監(jiān)測(cè)值如圖14所示，Jason-3與Jason-2高度計(jì)海面高度沒(méi)有明顯差異，兩者差值僅在1.2 cm左右，而且兩者標(biāo)準(zhǔn)偏差基本相同。

全球海面高度差分布呈現(xiàn)很強(qiáng)的區(qū)域性，差值較大或較小的地方呈片狀出現(xiàn)（圖15）。

圖13 編隊(duì)飛行階段對(duì)應(yīng)點(diǎn)海面高度逐軌平均差值（Jason-3與Jason-2差值）Fig.13 Pass mean of sea surface height difference during the formation flight phase of Jason-3 minus Jason-2

圖14 海面高度逐周期平均值（a）及其標(biāo)準(zhǔn)偏差（b）Fig.14 Cycle mean of sea surface height (a) and standard deviation of sea surface height (b)

圖15 Jason-3與Jason-2高度計(jì)編隊(duì)飛行階段海面高度差值全球分布Fig.15 Global difference of sea surface height during the formation flight phase of Jason-3 minus Jason-2

在交叉點(diǎn)差異分析過(guò)程中，為削弱洋流和緯度對(duì)海面變化的影響，設(shè)置尋找交叉點(diǎn)的條件為最大時(shí)間間隔10 d，且交叉點(diǎn)位于緯度為50°S～50°N的海域，并濾除部分誤差較大的高頻信息。交叉點(diǎn)海面高度比較結(jié)果如圖16所示，Jason-3與Jason-2高度計(jì)互交叉點(diǎn)海面高度不符值為-2.56 cm左右，與編隊(duì)飛行時(shí)結(jié)果一致，這與電離層校正、對(duì)流層校正等參數(shù)存在系統(tǒng)誤差有關(guān)。Jason-3高度計(jì)自交叉點(diǎn)海面高度不符值為-3×10-3cm左右，且自交叉點(diǎn)和互交叉點(diǎn)的RMS分別為6.87 cm和7.25 cm左右，這與Dorandeu等[11]計(jì)算的Jason-1高度計(jì)海面高度自交叉點(diǎn)RMS為6.15 cm和Ablain等[12]計(jì)算的Jason-2高度計(jì)海面高度自交叉點(diǎn)RMS為5.07 cm結(jié)果相近。

5.2 海面高度異常

海面高度異常（Sea Level Anomaly, SLA）可以很好地捕捉海洋變化的特征，可對(duì)海平面變化的趨勢(shì)做出準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，長(zhǎng)時(shí)間序列的SLA可以用于監(jiān)測(cè)高度計(jì)的穩(wěn)定性和SSH觀測(cè)的異常趨勢(shì)和相關(guān)誤差。一般，采取下式計(jì)算海面高度異常，

式中，SSH為海面高度； MSS為平均海平面，本文中計(jì)算所用的MSS來(lái)自Jason-2衛(wèi)星高度計(jì)所使用的MSS_CNES_CLS-2011模型。

Jason-3自交叉點(diǎn)和Jason-3與Jason-2互交叉點(diǎn)的海面高度異常不符值全球分布如圖17所示，兩者總體趨于平穩(wěn)，太平洋西部、印度洋西南部和大西洋西部海域等高動(dòng)態(tài)變化海域會(huì)出現(xiàn)差值偏高或偏低的情況。自交叉點(diǎn)和互交叉點(diǎn)的逐周期不符值如圖18所示，Jason-3高度計(jì)自交叉點(diǎn)和Jason-3與Jason-2高度計(jì)互交叉點(diǎn)的SLA的RMS分別約為6.10 cm和6.45 cm。在進(jìn)行Jason-3與Jason-2高度計(jì)互交叉點(diǎn)分析時(shí)，前47周期交叉點(diǎn)不符值穩(wěn)定在-2～-3 cm之間，這與二者海面高度比較結(jié)果一致。Jason-3高度計(jì)在第48周期完成了專(zhuān)業(yè)技術(shù)校準(zhǔn)，使其后續(xù)周期互交叉點(diǎn)不符值維持在0 cm左右，實(shí)現(xiàn)了Jason-3和Jason-2高度計(jì)海面高度異常的統(tǒng)一，這說(shuō)明Jason-3和Jason-2高度計(jì)在以后的飛行任務(wù)中可以更方便的進(jìn)行交叉點(diǎn)校正分析，使多源高度計(jì)數(shù)據(jù)融合[17]變得更加簡(jiǎn)單。

圖16 Jason-3自交叉點(diǎn)（a）和Jason-3與Jason-2互交叉點(diǎn)（b）的海面高度逐周期不符值及其均方根值Fig.16 Cycle mean of self-crossover (a) and dual-crossover (b) sea surface height difference and root mean square

圖17 Jason-3自交叉點(diǎn)（a）和Jason-3與Jason-2互交叉點(diǎn)（b）的海面高度異常不符值全球分布Fig.17 Global difference of self-crossover (a) and dual-crossover (b) sea level anomaly difference

圖18 Jason-3自交叉點(diǎn)（a）和Jason-3與Jason-2互交叉點(diǎn)（b）的海面高度異常逐周期不符值及其均方根值Fig.18 Cycle mean of self-crossover (a) and dual-crossover (b) sea level anomaly difference and its root mean square

6 結(jié)論

本研究使用了自Jason-3高度計(jì)發(fā)射以來(lái)的時(shí)間跨度2年以上（81個(gè)周期）的數(shù)據(jù)，通過(guò)Jason-3高度計(jì)和輻射計(jì)的各個(gè)參數(shù)與Jason-2高度計(jì)的比較，進(jìn)行Jason-3數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估。分析結(jié)果表明，Jason-3高度計(jì)雙頻電離層和輻射計(jì)濕對(duì)流層校正與Jason-2高度計(jì)結(jié)果一致；Jason-3高度計(jì)后向散射系數(shù)穩(wěn)定且未出現(xiàn)明顯異常波動(dòng)；有效波高的比較分析結(jié)果說(shuō)明Jason-3高度計(jì)的有效波高數(shù)據(jù)觀測(cè)能力上明顯優(yōu)于Jason-2高度計(jì)；Jason-3高度計(jì)自交叉點(diǎn)和Jason-3與Jason-2互交叉點(diǎn)比較分析結(jié)果表明Jason-3高度計(jì)的觀測(cè)值與Jason-2高度計(jì)具有一致性，Jason-3高度計(jì)可以更方便地與Jason-2高度計(jì)進(jìn)行交叉點(diǎn)分析?？偟膩?lái)說(shuō)，Jason-3高度計(jì)觀測(cè)顯示出良好的穩(wěn)定性。同時(shí)，Jason-3高度計(jì)的長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)需要繼續(xù)，為海洋和全球變化等相關(guān)研究做好數(shù)據(jù)支持。