基于辐射传输模型的GOCI晨昏时段数据的可用性分析

GOCI作为首颗静止轨道海洋水色卫星搭载的地球同步海色成像仪,每日获取8个时相的海表观测数据,成为监测晨昏时段海洋现象的重要遥感数据源.GOCI高频次连续观测的数据已广泛用于海面流场反演、水色要素日变化分析等近海应用.针对目前GOCI数据验证与质量评价较少涉及晨昏时段数据,本文基于GOCI传感器参数,利用OSOAA、H...     

基于TerraSAR-X卫星数据的内孤立波参数和海表流速信息提取的探索研究

本文利用TerraSAR-X(TSX)卫星于2010年4月22日在南海东沙岛附近海域获取的数据进行海洋内孤立波动力要素和海表流速信息的提取研究。基于TSX数据的后向散射强度信息,利用经验模态分解法得到内孤立波半波宽度,再利用两层模型法和参数化法计算得到内孤立波振幅和相速度。反演结果显示,利用参数化方法得到的振幅(约21~39 m)和两层模型法得到的相速度(约1.07 m/s)与历史实测资料较为一致。进而利用TSX的顺轨干涉数据获取研究海域内的多普勒速度,再分别采用M4S模型法和直接分离法处理,进而提取海表流速。结果显示,两种方法得到的海表流速的全场平均值较为一致,均为1.10 m/s左右。M4S模型法对流速最大值的改变量较大而直接分离法对流速最小值的改变量较大。M4S模型对内孤立波波峰线区域海表流速的修正大于无内孤立波的海域。最后,基于KdV方程计算得到内孤立波引起的表面流的流速约为0.28 m/s,对反演出的海表流速贡献占比23%。     

大小门岛海域表层潮流和余流特征分析

利用2012年4月份进行水文调查得到的实测海流数据,依据多周日观测的准调和分析原理,对大小门岛海域表层潮流进行调和分析。基于调和分析结果对大小门岛海域潮流和余流特征进行精细化研究。结果表明:大小门岛海域潮流类型为不正规半日浅海潮流,大小门岛西部海域受浅水分潮影响最大。整个海域潮流运动形式以往复流为主,由于受到多股往复流的干涉作用,大门岛西侧旋转流较强;实测落潮流要强于涨潮流,流速在瓯江口外侧达到最大。余流走向存在区域性差异,小门岛西北、瓯江口内部及黄大峡海域余流方向与涨潮流一致,其它区域与落潮流一致,余流流速大小与最大流速分布基本一致。     

基于GOCI影像的长江口及其邻近海域CDOM遥感反演及其日内变化研究

采用静止轨道海洋水色卫星（GOCI）数据对长江口及其邻近海域有色溶解有机物（CDOM）反演。以QAA-CDOM算法为基础,根据实测数据,利用BP神经网络模型来拟合QAA-CDOM算法中需要针对长江口水体进行优化的悬浮颗粒后向散射系数b_bp与吸收系数a_p的关系,从而准确估算CDOM的浓度。结果表明,反演结果准确度较高,平均相对误差为0.35。基于GOCI日内连续成像的优势,选取2014年3月15日8景GOCI影像,利用优化后的QAA-CDOM-BP算法,对长江口及其邻近海域CDOM的日内变化进行反演和分析,得到的变化规律如下:长江口及其邻近海域的CDOM日变化主要受潮流、长江径流等共同影响。长江口内CDOM浓度在涨潮期高于退潮期,由于受长江冲淡水的作用,CDOM从口外往外海区呈现逐渐递减趋势。     

基于ENVISAT ASAR数据的龙目海峡海表流场反演

基于2003年5月至10月ENVISAT ASAR宽幅模式（Wide Swath Mode, WSM）数据和2003年11月至2004年5月ENVISAT ASAR单视复数模式（Image Mode SLC, IMS）数据,利用多普勒质心偏移法获取了海面运动引起的多普勒质心异常,通过去除风和Bragg波引起的多普勒频移,最终获得龙目海峡海表径向流速。利用AVISO（Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic Data）流场数据对结果进行了精度验证,并分析了龙目海峡海表流速变化。结果表明：本文反演得到的海表面流速与AVISO流场匹配度较好,其中由WSM数据反演得到的流速与AVISO流场均方根误差为0.28 m/s,IMS数据反演得到的流速与AVISO流速均方根误差为0.37 m/s。在研究区范围内,2003年5月至9月海流流速较大（-2.56～2.51 m/s）,10月流速减小（-0.79～0.72 m/s）,11月至12月流速逐月增大（-1.64～1.25 m/s）,2004年3月流速达到最低值（-0.58 m/s）,2004年4月至5月流速逐月增大（-1.46～1.72 m/s）;在南半球夏季（12月）和秋季（5月）龙目海峡出现北向逆流,其余皆为南向流。该流场反演方法可有效提取海面流速信息,从而为海面流场变化研究提供有效支撑。     

苏北废黄河三角洲侵蚀后退过程及其对潮流动力的影响研究

以苏北废黄河三角洲及其毗邻海域的南黄海旋转潮波为研究对象,在恢复黄河北归以来苏北废黄河三角洲海岸不同发育阶段岸线位置和水下地形的基础之上,通过所建立的潮波数学模型,研究了在苏北废黄河三角洲不同演变阶段南黄海潮波运动的特征及其变化。研究表明:在1855年黄河北归前,由于废黄河口岸线向外突出20余千米且有宏大的水下三角洲,由北向南传播的潮波受到阻挡,处在其南侧的辐射沙脊区水动力相对较弱;随着江苏海岸线后退,废黄河口水下三角洲夷平,由北向南传播的潮波变得更加顺畅,南黄海旋转潮波得到不断加强,辐射沙脊北部的西洋水道及中南部的烂沙洋水道、小庙洪水道深槽区水动力随着废黄河三角洲的侵蚀后退,平均流速和最大流速均表现为增大的趋势。     

渤海西南部海域潮流数值计算

采用二维有限差分解法对渤海西南部海域进行潮流数值模拟,得出M_2分潮的潮波图,椭圆长短轴图,最大流速分布和不同时刻的潮流场图,并根据实测资料对其进行了验证。从而可系统地了解这一海区M_2分潮的潮波系统及逐时潮流场等海洋要素的分布情况。     

中国沿海GPS站用于潮波系数提取分析

首先给出了基于GNSS-MR技术提取潮波系数的原理与方法,然后利用布设在浙江省石浦港验潮室屋顶的GPS站DSPU实测数据对潮波系数进行了提取,并与验潮站实测潮位调和分析结果进行了对比分析。实验结果表明GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位值吻合较好,相关系数优于0.97;GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位获取的潮波系数基本一致,除M2、S2外其它差异较小。两者获取的潮波系数差异主要因为DSPU测站观测环境极大地影响了GPS-MR提取潮位精度。沿海GNSS站用于潮位监测和潮波系数提取,将进一步拓展沿海GNSS监测站的应用领域,在一定程度上可弥补验潮站的不足。     

基于GOCI影像进行渤海表层悬浮泥沙浓度估算的新方法

针对现场观测数据缺乏的情形,提出了一种新的利用GOCI影像反演渤海海域表层悬浮泥沙浓度(SSC)的方法。应用mMUMM大气校正算法对GOCI数据进行大气校正处理得到的GOCI遥感反射率产品后,以MODIS影像反演得到的表层悬浮泥沙浓度(SSC)作为参考值,对已应用于渤海的4种SSC反演模型进行参数化拟合,最后通过对比确定了效果最好的参数化SSC经验模型并且进行了验证。验证结果显示最优参数化模型的平均相对误差绝对值(16.0%)和均方根误差(12.2 mg/L)均相对较低,表明该模型可适用于渤海海域GOCI数据的SSC反演。通过采用建立的最优参数化SSC反演算法对2015年12月至2016年11月的GOCI数据对渤海海域的季节平均SSC进行了估计和分析。相比其他区域,渤海湾、莱州湾、辽东湾等3个海湾和黄河口附近沿岸SSC相对较高;3个海湾水体区域,从沿岸向离岸方向SSC由高变低,具有明显的浓度梯度;季节上,整个渤海海域SSC在冬季最高,夏季最低,春季与秋季相差不大。渤海SSC这些明显的空间分布特征、季节变化特性与前人研究结果一致,表明该算法应用于渤海可行。     

黑潮末端与黑潮延伸体海域海表流场EOF分析研究

利用17 a的流场资料,分析黑潮末端与黑潮延伸体海域流场的年际变化特征。通过复经验正交函数对流场数据的分析,可发现该海域流场存在准两年的周期变化,同时该海域流场存在对ENSO现象的响应;通过经验正交函数对流场流速大小数据的分析,证实该海域流场存在准两年的周期变化,同时流速大小异常场的经验正交函数分析第二模态可反映黑潮流轴大弯曲现象,北太平洋涛动信号也在第一和第三模态中有所体现。     

渤黄东海40年温盐流模拟与初步分析

使用ROMS(regional oceanic modeling system)模式模拟了40年的渤黄东海温盐流,数据包括三维的温度、盐度、流速、流向和海表高度,同时包含了逐小时的潮汐信息。将模拟结果与观测资料和卫星反演数据进行对比,检验了模式准确性。整体上,模式模拟的水位与近岸观测值基本一致,能够准确再现风产生的增水;模式较为准确的再现了渤黄东海的温度分布,在深水区模拟的温盐剖面与观测值基本一致;模式模拟渤黄东海区域的海表高度和海表流与卫星反演结果相比偏小,但分布趋势相近。模式结果可以为研究气候变化对水位的影响和黄海暖舌的扩散过程等现象提供数据支持。     

基于GOCI数据黄海气溶胶光学厚度反演方法研究

气溶胶是研究大气辐射收支的重要参数,确定气溶胶光学特性对于研究气候变化和实现卫星定量遥感有重要意义。针对黄海上空气溶胶反演时存在下垫面背景受到内陆河流巨大影响及吸收性气溶胶干扰的问题,本文提出了一种基于GOCI数据的气溶胶光学厚度反演新算法,利用AERONET数据对比分析了黄海上空气溶胶光学厚度的反演精度,结果表明该算法能较好地反演气溶胶光学厚度,相比业务化算法具有较高的反演精度。     

南黄海辐射状沙脊成因的沉积动力学研究

自南黄海辐射状沙脊被发现，尤其是江苏省海岸带和海涂资源综合调查揭示了其全貌，并同时测得辐射状沙脊区存在辐射状潮流场(任美愕，1986)以来，对南黄海辐射状沙脊的成因，主要包括其形成的水动力条件、物质来源、形成机理与形成过程等，本领域学术界一直存在争论1)(李从先等，1979；任美锷，1986；李成治等，1981；周长振等，1981；万延森，1982；刘振夏，1983；刘振夏等，1983，1995；耿秀山等，1983；夏东兴等，1984；夏综万等，1984；杨长恕，1985；黄易畅等，1987；张光威，1991；赵松龄，1991；朱大奎等，1993；杨治家等，1995；朱玉荣等，1995，1997；张东生等，1996；李从先等，1997)。 南黄海辐射状沙脊的形成机理及形成过程是与其形成的水动力条件、物质来源紧密联系在一起的。持该区的辐射状潮流场是受海底地形与(或)局部弶港海湾形态控制而形成观点的学者，多认为辐射状潮流场形成的同时或之后会反作用于海底地形，逐渐将海底地形改造成辐射状沙脊1)(任美锷，1986；李成治等，1981；万延森，1982；张光威，1991)，并且认为辐射状沙脊的形成需要几千年的时间1)，或是一个历史过程(李成治等，1981)，或经过最近一百多年的改造而形成(万延森，1982)，或形成于距今4000年前以来(张光威，1991)。这种观点的本质在于认为辐射状沙脊的辐射状形态是由海底地形的初始辐射状形态决定的，辐射状潮流场的作用在于使具初始辐射状形态的海底地形的辐射状形式更好，即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊辐射状形态的形成不起决定作用。认为辐射状潮流场是由东海传入黄海的前进潮波与山东半岛南部的旋转潮波相交汇而形成，并且认为辐射状潮流场有可能自全新世海侵影响本区，或自7000年前以来就一直存在(对古海岸时辐射状潮流场存在的认识只是推测，尚缺乏证据)的学者，多认为辐射状沙脊的辐射状形态是由该区潮流场的辐射状形态决定的(周长振等，1981；刘振夏,1983；夏综万等,1984；杨长恕,1985；黄易畅等，1987；朱大奎等,1993；朱玉荣等，1995，1997),即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊的辐射状形态起决定作用。这两种观点根本对立。     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

Surveillance of waste disposal activity at sea using satellite ocean color imagers: GOCI and MODIS

Korean Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Aqua observations of the variation in ocean color at the sea surface were utilized to monitor the impact of nutrient-rich sewage sludge disposal in the oligotrophic area of the Yellow Sea. MODIS revealed that algal blooms persisted in the spring annually at the dump site in the Yellow Sea since year 2000 to the present. A number of implications of using products of the satellite ocean color imagers were exploited here based on the measurements in the Yellow Sea. GOCI observes almost every hour during the daylight period, every day since June 2011. Therefore, GOCI provides a powerful tool to monitor waste disposal at sea in real time. Tracking of disposal activity from a large tanker was possible hour by hour from the GOCI timeseries images compared to MODIS. Smaller changes in the color of the ocean surface can be easily observed, as GOCI resolves images at smaller scales in space and time in comparison to polar orbiting satellites, e.g., MODIS. GOCI may be widely used to monitor various marine activities in the sea, including waste disposal activity from ships.     

苏北中部滨海平原成陆机制研究

苏北中部滨海平原位于废黄河三角洲和长江三角洲之间，其形成与全新世最大海侵之后长江、古黄河的供沙历史和供沙状况密切相关，并且现今海域南黄海辐射沙洲的辐聚点也位于这段海岸，故探讨其成陆机制具有重要意义。本文数值模拟了公元８世纪时该区的Ｍ２潮汐、潮流，在此基础上，计算了７种粒径泥沙在当时潮流场中的净输运状况，划分了海底冲淤区。计算结果表明，公元８世纪时苏北岸外存在大致以东台为顶点的辐射状古潮流场，其分布格局与现今苏北岸外大致以京港为顶点的辐射关潮流场基本一致，该辐射状潮流场的存在是由当时台东岸外的独特驻潮波波腹所决定的。进入苏北岸外古辐射状潮流场中的泥沙，在辐聚、辐散的潮流作用下，每一个潮周期均自ＮＥ、ＳＥ方向向东台附近海域净输运泥沙，在东台附近海域发生淤积。由此认为，苏北中部滨海平原是大致以东台为顶点的辐聚、辐散潮     

南黄海辐射沙洲区悬沙潮扩散规律数值研究

在对南黄海辐射沙洲区的潮汐、潮流特征作进一步探讨的基础上,数值模拟了该区的悬沙潮扩散。根据计算结果,分析了计算海域悬沙含量在一个半日潮过程中随潮流场的瞬时变化规律,研究了不同地点悬沙含量与潮位、潮流的关系,总结了涨、落潮平均含沙量的平面分布规律。结果表明,该区的潮流场控制着悬沙的扩散、运移和分布,进而控制着海底地形的发育,尤其是辐射沙洲北大南小不对称格架的塑造与辐射沙洲根部的加积淤高。     

Effect of surface wave breaking on the surface boundary layer of temperature in the Yellow Sea in summer

Near-surface enhancement of turbulent mixing and vertical mixing coefficient for temperature owing to the effect of surface wave breaking is investigated using a two-dimensional (2-D) ocean circulation model with a tidal boundary condition in an idealized shelf sea. On the basis of the 2-D simulation, the effect of surface wave breaking on surface boundary layer deepening in the Yellow Sea in summer is studied utilizing a 3-D ocean circulation model. A well-mixed temperature surface layer in the Yellow Sea can be successfully reconstructed when the effect of surface wave breaking is considered. The diagnostic analysis of the turbulent kinetic energy equation shows that turbulent mixing is enhanced greatly in the Yellow Sea in summer by surface wave breaking. In addition, the diagnostic analysis of momentum budget and temperature budget also show that surface wave breaking has an evident contribution to the turbulent mixing in the surface boundary layer. We therefore conclude that surface wave breaking is an important factor in determining the depth of the surface boundary layer of temperature in the Yellow Sea in summer.     

Three-dimensional structure of tidal current in the East China Sea and the Yellow Sea

A three-dimensional tidal current model is developed and applied to the East China Sea (ECS), the Yellow Sea and the Bohai Sea. The model well reproduces the major four tides, namely M₂, S₂, K₁ and O₁ tides, and their currents. The horizontal distributions of the major four tidal currents are the same as those calculated by the horizontal two-dimensional models. With its high resolutions in the horizontal (12.5 km) and the vertical (20 layers), the model is used to investigate the vertical distributions of tidal current. Four vertical eddy viscosity models are used in the numerical experiments. As the tidal current becomes strong, its vertical shear becomes large and its vertical profile becomes sensitive to the vertical eddy viscosity. As a conclusion, the HU (a) model (Davieset al., 1997), which relates the vertical eddy viscosity to the water depth and depth mean velocity, gives the closest results to the observed data. The reproduction of the amphidromic point of M₂ tide in Liaodong Bay is discussed and it is concluded that it depends on the bottom friction stress. The model reproduces a unique vertical profile of tidal current in the Yellow Sea, which is also found in the observed data. The reason for the reproduction of such a unique profile in the model is investigated.     

渤、黄、东海潮汐、潮流的数值模拟与研究

基于FVCOM海洋数值模式,采用高分辨率的三角形网格,对渤、黄、东海的潮汐、潮流进行数值模拟,并通过比较120个沿岸验潮站和14个潮流观测站的实测与模拟结果进行模型验证,两者符合较好。根据模拟结果,给出了四个主要分潮的潮汐同潮图和5m层潮流最大流速及最大潮流同潮时分布。渤、黄、东海共有5个半日分潮和3个全日分潮的独立旋转潮波系统,且都呈逆时针方向旋转;半日潮流和全日潮流各有12个圆流点;在冲绳岛和奄美岛两侧的4个半日潮流圆流点分别呈对称分布,其中有3个为本文首次给出;在日本九州岛西侧还新给出2个全日潮流圆流点。有关它们的存在性需要实测资料的进一步检验。