我国近海1992-2006年海平面变化的小波分析

用14年多的多颗测高卫星同化海面异常数据,分析我国近海海平面信号变化特征,结果显示年周期信号在我国海域海平面变化中占有主导地位。其次,半年周期信号在南海也有较强显示,而黄海和东海则表示为高频信号,半年起伏及高频信号的周期和振幅均不稳定。首次在南海和东海海域发现存在一周期为准540 d的信号,其物理机制尚不明确。用标准Morlet小波变换方法对上述周期信号进行了提取。验潮站数据也证实了该信号的存在。海面异常分析结果显示在1993~2007年期间,我国海平面平均升高速率:黄海为(4.01±0.49)mm/a,东海为(4.61±0.35)mm/a,南海为(3.68±0.41)mm/a。海平面上升趋势地理分布结果显示海平面变化具有很大的空间差异性。     

卫星测高推求的中国近海与全球海平面变化的趋势及小波相关分析

基于多种卫星测高资料融合海面高数据对黄海、东海、南海和全球海平面异常在1993年至2005年期间的变化趋势进行分析,结果表明:黄海、东海、南海线性趋势分别为5.05mm/a,4.8mm/a,4.27mm/a,均大于全球平均趋势项2.66mm/a,各海域的周期振幅和相位变化也存在较大差异。近海各海域与全球的海平面异常的小波交叉谱和相关谱分析表明,近海各海域与全球海平面异常变化在年际周期上具有较高的谱能,但相位差异较大,短周期相关性不明显。     

中国近海TOPEX/Poseidon卫星测高海平面变化的CPCA分析

用复主成分分析方法，对中国近海TOPEX／Poseidon卫星6年的测高的海平面变化资料进行了分析，给出了中国南海，黄海和东海的海平面变化的空间和时间分布特重征，利用小波方法分析了主要主成分时间变化序列的时－频特征，分析结果表明，主要主成分的空间分布特征与海洋环充相对应，南海，黄海和东海的海平面变化存在显著的年际和2个月的非稳态振荡信号，南海具有较明显的半年周期信号，而黄海和东海的半年周期信号不明显。     

联合卫星重力、卫星测高和海洋资料研究全球海平面变化

利用GRACE、卫星测高和海洋实测温盐数据,探讨了2003~2012年间全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化特征,并讨论了南极冰盖和格陵兰冰盖消融对全球海平面变化的影响。全球海平面整体呈上升趋势,上升速度为2.72±0.07 mm/a,且存在显著的空间分布特征。全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化还具有显著的季节性特征,其中全球海平面变化的年周期振幅为4.6±0.3 mm。使用经验正交函数分析(EOF)得到全球海平面和比容海平面的季节性变化在南北半球存在显著的差异,但海水质量季节性变化不存在这种差异。南极冰盖和格陵兰冰盖的消融速率分别为-75.7±12.3 Gt/a和-124.1±2.9 Gt/a,对海平面的长期趋势项贡献分别为0.21±0.03 mm/a和0.34±0.01 mm/a,仅占全球海水质量增加速度1.80±0.10 mm/a的12%和19%,总计占31%,因此,两极冰盖质量消融并不是2003-2012年间海水质量增加的最主要因素。     

联合多代卫星测高数据构建中国近海及邻域海平面异常序列

首先给出海面高的计算方法,并引入基于高斯滤波的粗差探测方法,有效地剔除了各弧段测高数据存在的粗差。通过对3颗卫星同步运行段测高数据的分析,得到3组数据在中国近海及邻域的平均偏差分别为:Jason-1相对T/P需改正-8.77 cm;Jason-2相对Jason-1需改正-7.33 cm,两者均小于其在全球海域的改正值。以T/P测高数据所得平均海平面为基础,利用改正后的Jason-1、Jason-2数据,得到该海域18年海平面异常时间序列,海平面平均上升速率约为4.9 mm/a。分别对中国近海各海域海平面异常时间序列进行分析,得到渤海、黄海、东海及南海的海平面平均上升速率分别为:2.5 mm/a、3.2 mm/a、3.6 mm/a和6.2 mm/a。将所得每周期离散正常点的观测数据格网化,然后逐格网计算海平面异常时间序列,得到研究海域18年来海平面异常平均上升速率的分布情况。结果表明,研究海域海平面上升速率高于全球平均水平。     

利用卫星测高与验潮站数据监测越南近海海平面变化

利用卫星测高和验潮站资料计算分析了越南近海海平面变化。结果表明,两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性,其中,由测高数据计算得到的1993-2015年越南近海整体上升速率为3.18 mm/a,沿岸验潮站海平面上升速率为4.1 mm/a。在整个验潮站观测时段,越南沿海海平面呈上升趋势,平均上升速率为3.02 mm/a。越南近海海平面表现为较强的季节性特征,在红河和湄公河三角洲沿岸地区,极易受到风暴潮和洪水等季节性气候的影响。     

北极新奥尔松地区海平面变化和陆地垂直运动分析

近百年来,全球正经历着以变暖为显著特征的变化,海水增温膨胀、陆地冰川和极地冰盖融化等因素导致全球海平面持续上升。北极新奥尔松地区现保存有典型的极地原始生态系统,客观准确地分析该地区的海平面变化,可以更好地为该地区自然生态环境监测和保护以及气候变化研究等提供基础。联合利用卫星高度计、验潮站和全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测资料分析新奥尔松地区的海平面变化的线性趋势和季节性规律,通过同时段资料(1993-2018年)的分析显示,该地区地壳呈上升趋势,上升速率为(8.09±0.19)mm/a;验潮站相对海平面呈下降趋势,下降速率为(-7.31±0.36)mm/a;利用地壳运动修正后的绝对海平面上升速率为(0.78±0.41)mm/a,低于全球同期水平,与卫星高度计观测的绝对海平面变化结果具有很好的一致性,二者相差(0.23±0.46)mm/a。在进行区域海平面变化分析时,可利用GNSS修正验潮站相对海平面获得该区域的绝对海平面变化。利用修正后的海平面资料分析结果显示,新奥尔松地区海平面变化具有明显的季节性规律,每年10月-11月为季节高海平面期,3月-4月为季节低海平面期。通过海表面温度与海平面的相关性分析认为,随着海表面温度变化,海平面也发生相应的变化。     

中国近海1992～1998海平面变化监测与分析

利用Topex/Poseidon和ERS-1卫星测高资料采用“共线”法计算出1992-10～1998-06中国近海海域海平面及其变化。在扣除T/P卫星测高仪的零点漂移影响后,发现与全球海平面上升率(+2.1±1.3)mm/a相比,不同海域的海平面变化趋势大不相同,黄、东、南海的海平面年变化率分别为：(+3.44±0.61)mm/a,(+3.12±0.47)mm/a,(-1.41±0.48)mm/a。从海平面变化异常中可以看出1993,1994,1997～1998年3次El Nino异常对中国近海海域海平面的影响是南海海域最大,东海次之,黄海最小。除了对海平面进行传统的频谱分析外,还进行了多分辨率的小波分析,还发现在上述3个海域中除了年周期变化较为稳定外,半年及季节(100 d)周期项存在着时间漂移。此外,在上述3个海域还存在着明显的两个月(62 d)周期的变化,其激发原因在此做了初步探讨。     

四、海洋测量学

CH20002412 中国近海1992～1998海平面变化检测与分析/王海瑛(中国科学院测量与地球物理研究所)…∥测绘学报.—2000,29(增刊).—32～37利用 Topex/Poseidon 和 ERS-1卫星测高资料采用“共线”法计算出1992.10～1998.06中国近海海域海平面及其变化。在扣除 T/P 卫星测高仪的零点漂移影响后,发现与全球海平面上升率(+2.1±1.3)mm/a 相比,不同海域的海平面变化趋势大不相同,黄、东、南海的海平面年变化率分别为(+3.44±0.61)mm/a.(+3.12±0.47)mm/a,(-1.41±0.48)mm/a。从海平面变化异常中可以看出1993.1994,1997～1998年3次 EINino 异常对中国近海海域海平面的影响是南海海域最大,东海次之,黄海最小。除了对海平面进行传统的频谱分析外,还进行了多分辨率的小波分析,还发现在上述3个海域中除了年周期变化较为稳定外,半年及季节(100d)周期项存在着时间漂移。此外,在上述3个海域还存在着明显的两个月(62d)周期的变化,其激发原因在此做了初步探讨。图3表2参7     

近海海平面变化成因分析

近海海平面上升直接威胁人类生存,分析其成因不仅具有重要科学意义,而且能够为应对海平面上升提供相应策略。使用卫星测高、时变重力以及浮标观测研究2002—2020年近海300 km内海平面变化成因。由于时变重力在近海受到较为严重的泄漏误差影响,使用时变重力约束解模拟陆地质量变化对海洋质量的泄漏,其线性趋势约为0.68 mm/a。在季节和非季节尺度上,时变重力和浮标观测解释了卫星测高的结果,证明近海海平面平衡方程在季节和非季节时间尺度上能够被闭合。在长期变化趋势方面,卫星测高显示近海海平面上升速率为3.32±0.45 mm/a,而时变重力与浮标观测之和的速率为2.25±0.51 mm/a,两者之间存在约1 mm/a的速率差。鉴于该速率差高于估计的不确定度,认为当前在闭合近海海平面平衡方程长期趋势方面仍存在不小挑战,一方面近海比容实测数据较为稀少,很可能低估了长期趋势变化;另一方面,不完善的泄漏误差改正和陆地垂直运动改正也会影响近海海平面长期趋势变化。     

黄、东海海面地形在1993-2001年间的变化探讨

长期以来海面地形变化是海面变化研究领域里一个具有显著意义却相对冷寂的研究方向,卫星海面测高技术的发展为此方向的研究提供了新的思路、手段和数据。本文利用TOPEX/POSEIDON卫星的SSHA数据对黄、东海1993-2001年期间的平均海面地形的空间形态特征、变化速率的空间分布特征及年内变化特征等3个方面进行分析。研究结果表明,该海区9年平均海面地形的基本特征为:东南高、西北低,由东南向西北倾斜,最大高差超过90 CM;1993-2001年期间全海区均呈现海面上升趋势,上升速率值在5~8.6 MM/A之间,海面上升的空间分异表现为南快北慢,东快西慢。海面地形的年内变化在时间上呈正弦波动,空间上中、北部区域变化速度快,年较差大;南部区域变化速度慢,年较差小;变化空间特征复杂。     

用强制改正法建立中国近海平均海平面高模型

联合Geosat GM数据、ERS-1数据、T/P数据、T/P新轨道数据、ERS-2数据和GFO数据,采用强制改正法确定了中国近海(0°~41°N,105°~132°N)2′×2′格网分辨率的平均海面高模型,并将其与CLS01、GF-SC00.1和KMS04平均海面高模型进行了比较。统计结果显示,这些模型格网差值的RMS分别是10.17cm1、2.70 cm和16.13 cm,在剔除差值大于50 cm(分别剔除0.5%、0.89%和1.6%)的误差点后,RMS分别为7.98 cm1、0.29 cm和12.59 cm;与三年的Jason-1数据(Cycle 22~127)的平均框架相比,其RMS为7.40cm。     

中国南海及东海近海测高海平面变化监测与预测

卫星测高在开阔海域的回波信号符合Brown模型,其测距和求得的海面高精度较高。由于受多种因素的影响,在非开阔海域(如中国近海、南极海域等)求得的海面高精度偏低,限制了测高在这些区域的应用。本研究从波形理论出发,在系统分析不同类型反射面的波形重构算法基础上提出了基于波形分类的波形重构数据处理流程,探讨了适合不同反射面的波形重构算法;分别对南极Amery冰架近海、中国近海Envisat测高波形数据进行了重构处理;利用重构后的测高海平面变化数据,分析了中国近海海平面变化上升速率与周期特性;构建了神经网络模型对中国近海海域未来10~15年的海平面变化非线性趋势进行了预测。     

用T／P测高数据确定中国海域及其邻海的海面高及海面地形

描述了利用Ｔ／Ｐ卫星测高数据确定中国海域及其邻海的海面地形。处理了Ｔ／Ｐ５９～８２周（Ｃｙｃｌｅ）１９９４年第８３ｄ～３１１ｄ的数据，将５９～８２周数据分成两部分分别估计海面高，并分析了海面高变化。结果与Ｂａｓｉｃ和Ｒａｐｐ１９９２年确定的海面高作了比较。利用Ｓｈｅｐａｒｄ曲面拟合方法给出了３０′×３０′平均海面高结果，分别以ＯＳＵ９１和ＷＤＭ９４地球重力场模型作为参考重力场，计算了相应的３０′×３０′平均海面地形。     

南海海表盐度异常分布特征分析

利用最小二乘法线性拟合和EOF分析等方法对1980~2011年共32 a的SODA月平均海洋同化数据进行处理与分析,探讨了南海海表盐度的时空分布特征。分析结果显示,从1980~2011年,南海海表盐度有不断下降的趋势,并且存在周期性波动特征,以及明显的季节变化和年际变化。在不同海域异常变化不同,南部和北部异常变化较高且呈反相关;靠近大洋和陆地一侧的异常变化高,中部异常变化较低。     

联合多种测高数据建立高分辨率中国海平均海面高模型

利用经过编辑和环境改正后的多代卫星测高资料，通过联合交叉点平差以削弱径向轨道误差和不同卫星测高任务之间的系统偏差等因素的影响，建立了中国海域及邻海（1°N～41°N，103°E～137°E）2.5′×2.5′平均海平面高模型，并将其与CLS-SHOM98.2、GFZMSS95A和OSUMSS95平均海平面高模型进行了比较。     

我国南海海面高异常时间序列分析

利用小波多分辨分析方法对1992年10月至2002年8月南海区域海面高异常时间序列进行了分析处理,提取了该区域海面高线性升高信息.结果表明,南海区域在9.86 a的时间里海面高平均升高了94.1 mm;并获取了从2 a至45 d的5种波动传播的振幅和相位,分析了波动传播的概貌.     

Determination of Geoid over South China Sea and Philippine Sea from Multi-satellite Altimetry Data

A new computational procedure for derivation of marine geoid on a 2.5′×2.5′grid in a non-tidal system over the South China Sea and the Philippine Sea from multi-satellite altimeter sea surface heights is discussed. Single-and dual-satellite crossovers were performed, and components of deflections of the vertical were determined at the crossover positions using Sand-well's computational theory, and gridded onto a 2.5′×2.5′resolution grid by employing the Shepard's interpolation procedure. 2.5′×2.5′grid of EGM96-derived components of deflections of the vertical and geoid heights were then used as reference global geopotential model quantities in a remove-restore procedure to implement the Molodensky-like formula via 1D-FFT technique to predict the geoid heights over the South China Sea and the Philippine Sea from the gridded altimeter-derived components of deflec-tions of the vertical. Statistical comparisons between the altimeter-and the EGM96- derived geoid heights showed that there was a root-mean-square agreement of ±0.35 m between them in a region of less tectonically active geological structures. However, over areas of tectonically active structures such as the Philippine trench, differences of about -19.9 m were obtained.     

利用多源遥感数据识别波弗特海冰间水道

采用MODIS可见光反射率、热红外亮温和RadarSat-2双极化后向散射等多源数据，通过建立决策树综合判断来识别波弗特海域冬季的冰间水道及其内部冰型，并进行精度评价。研究发现，MODIS热红外只能粗略提取冰间水道轮廓；而高分辨率的RadarSat-2影像可以提供更多海冰类型信息，但是不同冰型的后向散射信号有重叠，影响水道提取的精度。研究结合多源数据建立决策树，综合极化后向散射和表面温度等参数来判断海冰类型，从而识别不同发育阶段的冰间水道。该方法的识别精度优于单变量方法。高分辨率Sentinel-2光学影像验证了不同阶段冰间水道的顺序分布。多源数据的应用有助于更准确地计算水道区域的海-气热通量和产冰量，同时为船只导航提供更详细的冰情信息。