On SAR wind speed ambiguities and related geophysical model functions

Recent investigations show that normalized radar cross sections for C-band microwave sensors decrease under high wind conditions with certain incident angles instead of increase, as is the case for low to moderate wind speeds. This creates the problem of ambiguities in high wind speed retrievals from synthetic aperture radar (SAR). In the present work, four geophysical model functions (GMFs) are studied, namely the high wind C-band model 4 (CMOD4HW), C-band model 5 (CMOD5), the high wind vertical polarized GMF (HWGMF_VV), and the high wind horizontal polarized GMF (HWGMF_HH). Our focus is on model behaviours relative to wind speed ambiguities. We show that, except for CMOD4HW, the other GMFs exhibit the wind speed ambiguity problem. To consider this problem in high wind speed retrievals from SAR, we focus on hurricanes and propose a method to remove the speed ambiguity using the dominant hurricane wind structure.

Speed ambiguity in hurricane wind retrieval from SAR imagery

Under strong ocean surface wind conditions, the normalized radar cross section of synthetic aperture radar (SAR) is dampened at certain incident angles, compared with the signals under moderate winds. This causes a wind speed ambiguity problem in wind speed retrievals from SAR, because two solutions may exist for each backscattered signal. This study shows that the problem is ubiquitous in the images acquired by operational space-borne SAR sensors. Moreover, the problem is more severe for the near range and range travelling winds. To remove this ambiguity, a method was developed based on characteristics of the hurricane wind structure. A SAR image of Hurricane Rita (2005) was analysed to demonstrate the wind speed ambiguity problem and the method to improve the wind speed retrievals. Our conclusions suggest that a speed ambiguity removal algorithm must be used for wind retrievals from SAR in intense storms and hurricanes.

A new wind vector algorithm for C-band SAR

Ocean wind speed and wind direction are estimated simultaneously using the normalized radar cross sections or' corresponding to two neighboring (25-km) blocks, within a given synthetic aperture radar (SAR) image, having slightly different incidence angles. This method is motivated by the methodology used for scatterometer data. The wind direction ambiguity is removed by using the direction closest to that given by a buoy or some other source of information. We demonstrate this method with 11 EN-VISAT Advanced SAR sensor images of the Gulf of Mexico and coastal waters of the North Atlantic. Estimated wind vectors are compared with wind measurements from buoys and scatterometer data. We show that this method can surpass other methods in some cases, even those with insufficient visible wind-induced streaks in the SAR images, to extract wind vectors.

Depth inversion in coastal water based on SAR image of waves

Wave-number spectrum technique is proposed to retrieve coastal water depths by means of Synthetic Aperture Radar (SAR) image of waves. Based on the general dispersion relation of ocean waves, the wavelength changes of a surface wave over varying water depths can be derived from SAR. Approaching the analysis of SAR images of waves and using the general dispersion relation of ocean waves, this indirect technique of remote sensing bathymetry has been applied to a coastal region of Xiapu in Fujian Province, China. Results show that this technique is suitable for the coastal waters especially for the near-shore regions with variable water depths.

Underwater topography detection of Shuangzi Reefs with SAR images acquired in different time

Imaging mechanism of underwater topography by SAR and a underwater topography SAR detection model built on the theory of underwater topography detection with SAR image presented by Yuan Yeli are used to detect the underwater topography of Shuangzi Reefs in the Nansha Islands with three scenes of SAR images acquired in different time. Detection results of three SAR images are compared with the chart topography and the detection errors are analyzed. Underwater topography detection experiments of Shuangzi Reefs show that the detection model is practicable. The detection results indicate that SAR images acquired in different time also can be used to detect the underwater topography, and the detection results are affected by the ocean conditions in the SAR acquiring time.

Wind-vector estimation for RADARSAT-1 SAR images: Validation of wind-direction estimates based upon geometry diversity

In this letter, a new wind-vector algorithm is presented that uses radar backscatter sigma(0) measurements at two adjacent subscenes of RADARSAT-1 synthetic aperture radar (SAR) images, with each subscene having slightly different geometry. Resultant wind vectors are validated using in situ buoy measurements and compared with wind vectors determined from a hybrid wind-retrieval model using wind directions determined by spectral analysis of wind-induced image streaks and observed by colocated QuikSCAT measurements. The hybrid wind-retrieval model consists of CMOD-IFR2 [applicable to C-band vertical-vertical (W) polarization] and a C-band copolarization ratio according to Kirchhoff scattering. The new algorithm displays improved skill in wind-vector estimation for RADARSAT-1 SAR data when compared to conventional wind-retrieval methodology. In addition, unlike conventional methods, the present method is applicable to RADARSAT-1 images both with and without visible streaks. However, this method requires ancillary data such as buoy measurements to resolve the ambiguity in retrieved wind direction.

海底地形的SAR影象仿真与反演

本文旨在建立SAR水下地形探测的理论和应用的基本框架。研究内容包括：1. 水下地形的SAR成象机制 采用Bragg散射理论与海面微尺度波高频谱的饱和谱形式相结合，建立了后向散射截面与海面微尺度波流调制作用间的函数关系，该函数为雷达相关项与大尺度海流对海面微尺度波的调制作用项之积，该调制项包含海底地形的信息。2. 建立水下地形的SAR影象仿真模型，定性和定量地解释SAR影象的类地形条纹以及SAR在不同的水文条件下对水下地形的可视性 以二维深度平均的海流模式或三维σ坐标的海流模式计算流场，结合风波即可计算出大尺度海流对海面微尺度波的调制作用项，文中记为函数G，并称计算所得的G值灰度影象为SAR的仿真影象。通过仿真模型可以研究不同微尺度波波向、流向及地形梯度方向情况下SAR影象对海底地形变化的可视性，结果表明，当海流流向、地形梯度方向和微尺度波波向三者平等时，SAR影象中的类地形牲的可视性最好。随着这三个方向夹角逐渐增大，可视性逐渐降低，当其中两个方向垂直时，类地形特征消失或变得很弱。较大的流速可以增强类地形影象的对比度，这在SAR影象中存在背景噪声时是重要的。3. SAR水深反演的反问题的提法与解法以及反演模型的反演精度分析通过SAR探测海底地形可以归为已知雷达后向散射截面或G值求水深的数学物理反问题，本文的反演模型由G 值函数表达式和二维深度平均的海流运动方程组以及适当的初边值条件构成。由于该反问题的边界条件的提法为超定的，所以其解设计为求目标泛涵的最小偏差解，反演算法为最速下降法。该算法不受反演大小的限制，具有较好的收剑性和解的存在性，但解依赖于初猜值的选择。当反演区域内部分点的水深已知时，这些数据可以很容易地融合在最小偏差解的算法中，从面加快收敛速度，提高计算精度。利用仿真模式所给出的SAR影象证实了该反问题的求解方法是可行的，且具有较高的计算精度。通过反演模型进行的数值试验表明： 1）微尺度波波向、流向和地形梯度方向对反演精度有明显影响。三个方向平等时反演精度最高，当其中任两向垂直时，都会成为反演的盲点。这是由反演模式本身的奇性所决定的。虽然三向夹角不同时，反演精度有变化，但在大多数情况下，反演值与真值地形波动的位置，形状和幅度等都具有很好的一致性。只有当其中两向接近垂直时，才出现较大的差异或反演失效；2）虽然一定流速的存在是反演的基础，但流速的大小对反演精度影响并不大；3）本反演系统对G值误差和反演未知量的初猜值的误差以及波向角选取误差都有较强的容差能力；但对水深边值误差较敏感，要求其精度较高；4）由于反演模式需要水深的初猜值，所以需要知道反演区域的平均水深，一个好的初猜值可以加速算法的收敛，而一个较差的初猜值则可能引起较大的误差，一船说来，平均水深就已经可以获得较高精度的结果。4. 仿真和反演模型的一个实例研究 本文以北海（the North Sea)的一张 Seasat SAR 影象和该区域的海图水深为例，采用所建立的仿真模型和反演模型对这张SAR影象上的类地形明暗条纹进行了成功的仿真，也通过SAR影象数据经过数据处理和反演，求出了影象区域的水深，反演水深数据和实际海底沙脊吻合较好。研究结果初步验证了海底地形结构的SAR影象仿真与反演的可行性。本文的研究表明，只要SAR影象在低海况下拍摄，且有精确的定位，再加上对SAR影象所覆盖海区的粗精度的水深和边界水深的已知条件，就可以在对该海区进行潮流模拟的基础上用反演模式来获取高空间分辨率的水深资料。

多源多时相SAR资料反演水下地形的同化模型

合成孔径雷达(SAR)是重要的微波传感器之一，在海洋遥感领域得到了广泛应用。浅海水下地形SAR探测是SAR海洋应用的重要部分之一，发展业务化水下地形SAR探测技术是水下地形SAR探测研究的最终目标。现有的水下地形SAR探测是基于单景SAR影像开展的，探测结果不能全面反映水下地形。因此，发展一种基于多源多时相SAR影像的水下地形反演方法是该研究方向的前沿问题。 本文基于水下地形SAR成像机制和袁业立（1997）导出的海波高频谱解析表达式，首次建立了基于多源多时相SAR影像的水下地形反演的同化模型与算法，并通过该模型在台湾浅滩水下地形SAR探测中的应用检验了该模型和算法的可行性。本文还开展了已有的浅海水下地形SAR探测技术（浅海水下地形单景SAR影像反演）在台湾浅滩水下地形探测中的应用研究，以及反演初始水深对水下地形SAR反演结果影响的研究。此外，本文还对中国近海水下地形SAR成像能力进行了分析。 在浅海水下地形SAR探测技术应用于台湾浅滩研究方面，基于7景SAR影像开展了台湾浅滩单景SAR影像反演计算，反演结果表明同一水下地形不同时相SAR影像反演结果不能全面反映真实地形特征。 在反演初始水深对水下地形SAR反演结果影响研究方面，通过不同初始水深条件下台湾浅滩水下地形SAR反演结果的比较分析，可以得出：初始水深影响水下地形反演结果的准确性，初始水深的选取需要较粗的实际水深的支持； 在多源多时相水下地形SAR反演同化模型研究方面， 建立了多源多时相水下地形SAR反演的同化模型与算法，通过基于多源多时相SAR影像的台湾浅滩五种不同情形水下地形反演计算，证明了多源多时相水下地形SAR反演同化模型和算法是可行的，并给出了基于多源多时相SAR影像的水下地形反演计算中SAR影像的选取原则。 在中国近海浅海水下地形SAR响应能力分析方面，基于对中国近海潮汐潮流状况、水下地形概况和已有中国近海SAR影像中水下地形特征等的分析，总结出中国近海适合开展浅海水下地形SAR探测的区域主要有：渤海海域、苏北近海海域、台湾海峡海域和南沙群岛海域。

广东省主要农情动态监测与快速预报研究

该项目在以下四个方面取得了各具特色的成果：1、根据野外农学参数实测数据制定了广东省稻作图谱；建立了区域范围的雷达水稻估产模型； 计算出了广东省早、晚稻产量分布图，估产精度达到90%以上，取得了利用SNB SAR数据进行大面积水稻估产的技术突破，及时为广东省政府提供了农业宏观决策的科学依据。2、利用图像融合的技术及时做出了全国农业产业调整后，广东省农用土地变化的定量分析成果。同时，为研究农田初级生产力提供了基础科学积累。3、通过研究广东植被生产力时空特征，修正了国际上一直沿用的光利用率系数；还证明了在全省重植林后，每年可固定广东全省年CO2排放量的一半，充分证明植树造林对缓解全球变暖的CO2温室效应具有非常重要的意义。被写入了第三世界科学院为南非世界首脑峰会的文件，将对我国合理履行国际协议提供科学依据。4、建立了广东省林业查询系统、树种生产力遥感判读分类模型和面积，并计算得到广东省森林生态系统的总服务价值为371亿元，通过各林型服务价值比较，得出最高的是松林，总值为100.05 亿元。该项目培养了博士、硕士生10多名，完成了专著3部，论文20多篇(其中EI和SCI论文8篇)，经专家鉴定本成果整体上达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平。

棉花抗黄萎病基因工程研究和防卫反应相关基因的克隆

系统获得性抗性(Systematic acquired resistance, SAR)是植物抵御病原菌侵染的最有效手段，利用基因工程技术导入SAR信号发生过程中的关键基因后，植物的SAR基因表达量提高并且对病原菌侵染的反应速度加快，因此植物的抗病性得以增强，与传统的抗病基因工程技术相比它对病原菌没有专一性，许多学者称之为广谱抗病基因工程，该领域已成为目前抗病基因工程研究的热点和前沿。 NDR1和NPR1基因在植物的SAR发生中起着重要的作用，前者功能定位在ROS(reactive oxygen species)的激活和随后的水杨酸(SA)诱导合成之间，突变株病原菌诱导后SA合成能力降低，SAR发生减弱，目前还没有对该基因进行过量表达分析的报道;后者功能定位在SAR信号转导级联反应之中的SA积累和随后的SAR基因表达之间。该突变株在病原菌侵染时不产生病程相关蛋白(PRs)，表现为感病，而对照抗病;过量表达该基因的转基因拟南芥对多种病原菌的侵染产生抗性，PR1等PRs蛋白的表达量也提高，异源表达该基因的水稻对白叶枯病的抗性也提高。本研究利用RT-PCR方法从拟南芥中克隆了这两种基因，序列分析表明拟南芥Wassilewskija生态型的NDR1基因与Columbia生态型相比，共有7处碱基不同，引起编码氨基酸变化4处，而NPR1基因与报道的Wassilewskija生态型来源的NPR1基因完全相同。 我们构建了35S启动子驱动的NDR1和NPR1基因的植物组成型高效表达载体，利用农杆菌介导法转化烟草，PCR和Southern鉴定外源基因已经整合到植物基因组中。抗病性分析显示过量表达NDR1和NPR1基因的烟草对晚疫病和赤星病的抗性都有明显提高，说明这两个基因的在其它植物中异源表达后，都能提高植物对多种病原菌的抗性。 本论文提出了利用这两个基因来培育抗黄萎病棉花的设想，一方面为解决这个“世纪性”难题积累新的资料，另一方面也为其它作物的抗病基因工程提供新的经验。利用35S启动子驱动的NDR1和NPR1基因的植物组成型表达载体分别对陆地棉品种石远321进行花粉管通道法转化。同时，还探讨了这两个基因在棉花中的共转化实验，希望它们的“协同增效”能进一步提高棉花的抗病性。对其中2001年夏天在南京注射所获得的5,000粒种子在三亚进行100 g/ml卡那霉素筛选，初步鉴定分别获得转NDR1和NPR1基因株系26和24棵，PCR进一步鉴定其中分别有12和7棵为转基因阳性，转基因频率分别为0.50％和0.27％，目前利用营养钵蘸根法对其二代进行抗枯、黄萎病鉴定，结果显示有转基因植株对枯、黄萎病的抗性都明显增强，进一步的鉴定正在进行中。2002年初海南注射分别获得转NDR1和NPR1基因以及共转化种子22,000、10,500和12,500粒种子，2002年夏在中国农科院植保所黄萎菌病圃筛选抗黄萎病单株，并利用100 g/ml卡那霉素初步筛选出了一批抗性植株，每种转基因株系随机挑选5株进行PCR鉴定，结果显示为阳性。进一步的抗黄萎病鉴定和筛选以及分子分析正在进行中。 同时，本文还探讨了病原菌诱导型启动子在广谱抗病基因工程应用的可能性。根据烟草的Pr1-a启动子已知序列设计引物，PCR扩增启动子序列后,构建病原菌诱导型NPR1基因植物表达载体，并对棉花进行转化，获得种子11,500粒，利用同上的筛选方法，获得了一致的结果，目前抗黄萎病鉴定、分子检测以及生物学分析正在进行中。 最后，鉴于抗生素标记在转基因植物的应用引起了许多“安全性”争论的事实，还构建了无筛选标记的表达载体对抗虫棉进行转化，这样在生产上可以直接获得抗虫棉抗黄萎病棉花新材料，也为其它作物抗病基因工程积累经验。 本研究还提出了一种较为有效的提取高质量棉花总RNA的方法，与原来一些棉花RNA纯化方法相比，该方法所用都为常规试剂，易于重复，质量高。并且利用获得的总RNA构建了黄萎菌激发子诱导的cDNA文库，滴度测定为1╳107pfμ/μg，插入片段大小在5 00~2 000 bp范围内。 鉴于NPR1基因研究的重要性，本研究还利用简并引物PCR技术从海岛棉和陆地棉的基因组中都分离到了NPR1基因的同源片段，大小都为208 bp，与拟南芥NPR1基因的相应部分的同源性分别为66％和65％，它们之间的同源性为87％，目前该基因的全长正在分离鉴定中。 多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIPs)在植物的防御反应中起着重要的作用，通过分析已知20余种pgip基因序列的保守区，设计简并引物，PCR扩增海岛棉（Gossypium barbadense）7124 cDNA文库，得到一条长561 bp的片段，序列测定后分析确认为pgip基因的一部分。根据此序列和棉花病原菌诱导的cDNA文库载体中已知部分设计RACE引物，扩增后，5’和3’RACE分别得到666bp和906 bp的片段。序列分析表明它具有完整的编码框，产物为330 aa的蛋白质。序列分析该蛋白具有10个串联的LRR(leucine-rich repeat)区，与柑桔(Citrus)和枳(Poncirus)的pgip基因的同源性分别为69.2%和68.7%。进一步PCR扩增得到该基因的全长阅读框，并且获得了相应的基因组片段，序列分析发现该基因没有内含子。这是从棉属植物中克隆的第一个pgip基因。

Synthesis of analogues of flazin, in particular, flazinamide, as promising Anti-HIV agents

Flazin isolated from the fruiting bodies of Suillus granulatus was found to possess weak anti-HIV activity (EC50=2.36 mu m, TI= 12.1). To establish a SAR study, 46 flazin analogues were synthesized, and their anti-HIV activities were evaluated in vitro. A

Reduced dynamics with renormalization in solid-state charge qubit measurement

Quantum measurement will inevitably cause backaction on the measured system, resulting in the well-known dephasing and relaxation. In this paper, in the context of solid-state qubit measurement by a mesoscopic detector, we show that an alternative backaction known as renormalization is important under some circumstances. This effect is largely overlooked in the theory of quantum measurement.

Anisotropic transport in quantum waveguides due to the spin-orbit interactions

We theoretically investigate the charge transport in the quantum waveguides in the presence of the Rashba spin-orbit interaction and the Dresselhaus spin-orbit interaction. We find that the interplay between the Rashba spin-orbit interaction and Dresselhaus spin-orbit interaction can induce a symmetry breaking and consequently leads to the anisotropic charge transport in the quantum waveguides, the conductance through the quantum waveguides depends sensitively on the crystallographic orientations of the quantum waveguides. The anisotropy of the charge transport can even survive in the presence of disorder effect in realistic systems.

传值进程模型检测中诊断信息的生成

诊断信息自动生成是模型检测方法的基本特征之一，对分析和排错具有重要的意义，讨论了传值进程模型检测中诊断信息的生成问题，引入了两种诊断信息的表示结构：证明图和示例；提出了两种诊断信息的构造算法，所采用的方法是从检测过程保存的依赖信息中抽取证明图和示例，这样可以继承已有的信息，从而减少计算量，相应的算法已经实现并用实例作了分析测试，实验结果表明该方法是有效的。

时间符号迁移图及其互模拟判定

引入时间符号迁移图的概念，作为既涉及通讯又具有实时性的并发系统的模型。该文给出了这种迁移图时间互模拟的算法，并证明了该算法的正确性。