三亚湾X波段雷达海浪比测试验研究

近年来,X波段雷达已经成为重要的海洋现场观测设备,应用越来越广泛,但其在复杂天气条件下的观测准确性还需要进一步探讨。因此,为了验证X波段测波雷达对于海洋波浪的观测性能,对安装于我国三亚市三亚湾的X波段雷达设备及布放在该区域的波高仪进行了海浪比测试验,通过对压力测波与X波段雷达测波两种不同探测机制在不同海况下实际海浪观测数据结果的分析可以得出：X波段雷达对于海浪观测的结果较为理想,与压力测波结果相关性较高,在不同天气条件下,均能够准确地反演大范围海域的海浪信息。根据研究结果,X波段雷达的波浪现场观测数据完全可以达到海洋环境监测的要求。     

X波段雷达测波系统比测方法的研究——基于东海区海洋站比测数据分析

目前我国已经进口了X波段雷达,大多数使用的WAVEX海事雷达海浪数据采集系统。利用X波段雷达开发监测海浪的波高、波长、波向与波周期等相关参数已经取得初步成果。同时,在X波段雷达数据质量控制以及将雷达数据与海洋动力学模型进行同化方面积累了一定的经验,但距离制定明确的应用规范还存在较大差距。文章试图通过对东海区A、B两个海洋站X波段雷达与波浪浮标、人工观测数据等比测数据的分析,得出比测方法中比对仪器选择、环境因素、海况等方面的要求,以得到更为准确的比测结果。     

一种新的从船用X波段雷达图像中确定波向的方法

船用X波段雷达被广泛应用于海洋表面波观测和研究。本文给出了一种新的从船用X波段雷达图像中确定主波传播方向的方法。X波段雷达图像中的海浪信号具有明显的尺度性和方向性。同时，curvelet变换作为一种同时具备尺度分辨率和方向分辨率的数学变换，能够对一幅雷达图像在不同尺度、不同方向和不同位置上进行分析。对一幅雷达图像进行curvelet分解并获得curvelet系数后，波浪信号主要集中在某些特定尺度和方向的curvelet系数中，从而我们可以获得带有 方向模糊的波传播方向。进而，通过计算几幅连续采集图像的互相关系数可以消除 方向模糊。同步观测的雷达图像和浮标数据证明了该方法的有效性。     

降雨条件下的导航X波段雷达海浪参数反演算法研究

X波段的电磁波受降雨影响容易产生衰减,这导致导航X波段雷达在降雨时无法用于海浪观测。本文提出了一种新的降低降雨影响的算法来反演海浪参数。首先,对X波段雷达图像做主成分分析,获得波浪变化的主成分,利用一维傅里叶变换得到波数谱,对其滤波减小降雨对雷达图像的影响;然后,选取JONSWAP(Joint North Sea Wave Project)谱作为理论谱,建立以观测谱与理论谱的最小化差异为目标函数的模型,求解该模型估算海浪的有效波高。与浮标测量的有效波高相比,该方法反演的有效波高的均方根误差是0.23 m,证明了该方法的可行性。     

台湾近海水文观测体系的构建及其数据分析方法

台湾岛地处亚欧大陆和太平洋交界处,台风、东北季风等所引起的海洋灾害频繁,所以建立完备的海洋水文观测体系显得尤为重要。中国台湾自主建置完成的近海水文观测体系由资料浮标站、观测桩、潮位站、岸边气象站、雷达测波站等多种近海水文观测系统构建组成;同时,为确保观测体系的准确性和规范性,还建立了数据品质管理系统和标准化作业模式。在近海水文观测数据的分析方面,尝试应用新的数学分析方法,如通过EMD（empirical mode decomposition）方法探讨风暴潮水位变化,利用小波转换从雷达观测影像中分析近岸波浪信息,以及发展数据同化技术将观测数据应用于作业化波浪现报、预报模式。此外,近海水文观测体系在社会应用方面有着很大的发展潜质。     

台湾近海水文观测体系的构建及其数据分析方法

台湾岛地处亚欧大陆和太平洋交界处,台风、东北季风等所引起的海洋灾害频繁,所以建立完备的海洋水文观测体系显得尤为重要.中国台湾自主建置完成的近海水文观测体系由资料浮标站、观测桩、潮位站、岸边气象站、雷达测波站等多种近海水文观测系统构建组成;同时,为确保观测体系的准确性和规范性,还建立了数据品质管理系统和标准化作业模式.在近海水文观测数据的分析方面,尝试应用新的数学分析方法,如通过EMD(empirical mode decomposition)方法探讨风暴潮水位变化,利用小波转换从雷达观测影像中分析近岸波浪信息,以及发展数据同化技术将观测数据应用于作业化波浪现报、预报模式.此外,近海水文观测体系在社会应用方面有着很大的发展潜质.     

近岸区域波流耦合作用的数学模型

本文提出了一个讨论近岸波浪和波生流耦合作用的二维数学模型。在波浪场中运用波数矢量无旋和波作用量守恒方程求解波浪在波生流作用下的折射、绕射变形,以辐射应力作为波生流场的驱动力,考虑地转柯氏力和海底底摩擦的作用。文中采用Dingemans（1987）的地形对波流耦合作用进行了分析。数值计算结果表明波流耦合作用对近岸波浪场和波生流场的影响比较显著,在工程实际上应当综合考虑波流耦合问题。     

海岸带实时实地视频观测ARGUS技术

区别于传统的定时定点野外测量方法,近年来各种遥感监测技术被应用于海岸带的实地观测领域。其中基于岸线的近岸实时实地视频观测技术(ARGUS系统)可获取大范围、长时间内的海岸带动力环境要素实测资料(诸如波浪、水流、岸线、地貌特征等),在海岸工程研究领域被广泛应用。通过对ARGUS系统的回顾,叙述了该技术的发展概况、视频数据类型和特点、图像分析方法和实际应用举例,同时简介了我国第一套ARGUS系统的构建。此外,也简要介绍了X波段雷达影像系统和红外线摄像系统在海岸工程研究中的应用。期望进一步推动上述近岸视频观测技术在我国海岸工程研究中的应用,为海岸带的综合管理利用和合理开发规划提供相应的科学支撑,同时促进各相关学科间(如海岸工程、测绘、图像分析等)的交叉合作。     

海上固定平台雷达测波技术及典型数据处理算法

首先总结了国内外海上固定平台使用的多种非接触式波浪测量方法,比较了不同测波方法的适用性。针对不同的测量方法给出了常用的传感器与设备,同时提供了每种设备的主要生产销售商。然后,对单点测波雷达和X波段雷达测波算法进行了综述,给出了波面的时间序列和雷达影像的时空序列两种数据的处理过程。最后,提出了波浪测量技术存在的一些问题,以期为我国海洋环境监测与观测系统的完善提供参考。     

近岸波浪增水与近岸流的计算方法研究：Ⅱ.数值模式与模拟计算

本文建立了一套计算近岸复杂地形上由二维随机波浪引起的波浪增水与近岸流的数值模式,并在模拟地形上实施了计算实验。结果显示,波浪增水基本发生在破碎线以内,增水强度因地而异,岸边最大增水幅度可达深水有产波高的３１％;波浪增水可导致漫滩过程,以近岸波浪的计算具有较大影响;近岸流以流包形式存在,流速量级与以往观测值相近。     

利用X波段雷达图像估计有效波高

海浪有效波高与雷达的海杂波强度有关,但是无法直接由雷达图像得到.借鉴运用SAR图像计算有效波高的方法,即假设有效波高与雷达回波强度信噪比的平方根成线性关系,可以由X波段雷达图像计算得到海浪的有效波高.将在小麦岛和南海分别进行的岸基试验和船基试验获得的浮标资料和雷达资料结合起来分析,结果表明用X波段航海雷达测量有效波高的最大误差不超过9%.     

基于X波段雷达海面波高估计的改进方法

船用X波段导航雷达凹波形成的海杂波图像中包含丰富的海浪、海表层流信息.借鉴合成孔径雷达(SAR)估计有效波高的方法,假设有效波高与雷达回波强度信噪比的平方根成线性关系,可由X波段雷达图像估计得到海浪的有效波高.用此方法主要分析小麦岛海域实验数据,结果显示,直流滤波后计算的信噪比估计的有效波高比不进行直流滤波结果符合得好;而按波浪浮标测得有效波高数据的高低,分两段分别进行线性拟合获取校准系数,估测的有效波高更加准确.     

利用X波段雷达提取海浪信息的分析

利用X波段雷达海浪信息提取系统,通过对龙口屺姆岛海域岸基试验数据分析,获得了有效波高、主波频率、主波波向等海况参数,并和该区域的浮标数据进行了比较分析,结果表明利用X波段雷达系统能够有效地获得海况信息。     

Ocean wave parameters retrieved directly from compact polarimetric SAR data

We aim to directly invert wave parameters by using the data of a compact polarimetric synthetic aperture radar(CP SAR) and validate the effectiveness of ocean wave parameter retrieval from the circular transmit/linear receive mode and π/4 compact polarimetric mode. Relevant data from the RADARSAT-2 fully polarimetric SAR on the C-band were used to obtain the compact polarimetric SAR images, and a polarimetric SAR wave retrieval algorithm was used to verify the sea surface wave measurements. Usin...     

OSMAR-S100便携式高频地波雷达海浪和海面风探测性能分析

OSMAR-S系列便携式高频地波雷达系统采用单极子/交叉环紧凑型天线阵,通过单站雷达即可实现有效探测距离约10km内海浪和海面风的单点观测。为了更好地了解OSMAR-S100雷达系统海浪和海面风的综合探测性能,于2013年1月29日至3月7日在台湾海峡西南部海域进行了雷达与浮标观测的对比试验,得到了有效波高、有效波周期、平均风速和平均风向数据。对比结果表明,OSMAR-S100便携式高频地波雷达可有效观测距雷达10km以内有效波高0.5m以上的海浪平均状况和平均风速5m/s以上的海面风,雷达反演有效波高和有效波周期的均方根误差分别为0.60m和1.60s,反演平均风速和平均风向的均方根误差为1.83m/s和16.7°。在未经区域化标定的情况下,此结果说明了该型雷达产品已初步具备了海浪和海面风的业务化观测水平。     

导波式雷达水位计在潮位观测中的应用

文中简要介绍了雷达水位计的测量原理、分类和技术特点,并将其中的导波式雷达水位计和非接触式雷达水位计与传统的浮子式水位计进行了比较,说明了导波式雷达水位计应用于一些特定条件下潮位观测的优势。基于导波式雷达水位计设计了一套水位观测系统。简要介绍了该水位观测系统的系统组成、硬件设计、软件设计。针对该水位观测系统进行了计量检定,并进行了现场安装试验。在现场实验中将导波式雷达水位计数据与浮子式水位计数据进行比较,说明了采用该设计方案进行潮位观测的可行性。     

利用一种改进的算法对中国高分三号同极化SAR图像反演的有效波高的验证

Chinese Gaofen-3(GF-3) is the first civilian satellite to carry C-band(5.3 GHz) synthetic aperture radar(SAR).During the period of August 2016 to December 2017, 1 523 GF-3 SAR images acquired in quad-polarization(vertical-vertical(VV), horizontal-horizontal(HH), vertical-horizontal(VH), and horizontal-vertical(HV)) mode were recorded, mostly around China's seas. In our previous study, the root mean square error(RMSE) of significant wave height(SWH) was found to be around 0.58 m when compared with retrieval results from a few GF-3 SAR images in co-polarization(VV and HH) with moored measurements by using an empirical algorithm CSAR_WAVE. We collected a number of sub-scenes from these 1 523 images in the co-polarization channel,which were collocated with wind and SWH data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) reanalysis field at a 0.125° grid. Through the collected dataset, an improved empirical wave retrieval algorithm for GF-3 SAR in co-polarization was tuned, herein denoted as CSAR_WAVE2. An additional 92 GF-3 SAR images were implemented in order to validate CSAR_WAVE2 against SWH from altimeter Jason-2, showing an about 0.52 m RMSE of SWH for co-polarization GF-3 SAR. Therefore, we conclude that the proposed empirical algorithm has a good performance for wave retrieval from GF-3 SAR images in co-polarization.     

Nearshore Wave Field Analysis Using SAR Images

1 .Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ1ＴｈｉｓｓｔｕｄｙｗａｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮＳＣｉｎＴａｉｗａｎｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔＮｏ .ＮＳＣ 89 2 611 Ｅ 0 0 6 0 4 0 . Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ.Ｅ ｍａｉｌ:ｄｊｄｏｏｎｇ @ｐｃｈｏｍｅ .ｃｏｍ .ｔｗ　　Ｏｃｅａｎｗａｖｅｓ ,ｗｈｉｃｈａｒｅｅｘｔｒｅｍｅｌｙｒａｎｄｏｍ ,ａｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙａｎｄｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｎｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉ ｃａｌ,ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ,ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｉｃａｎｄｔｏｐｏｇ…     

Optical flow-based method to estimate internal wave parameters from X-band marine radar images

The velocity and direction of internal waves (IWs) are important parameters of the ocean, however, traditional observation methods can only obtain the average parameters of IWs for a single location or large area. Herein, a new method based on optical flow is proposed to derive the phase velocity vectors of IWs from X-band marine radar images. First, the X-band marine radar image sequence is averaged, and ramp correction is used to reduce the attenuation of gray values with increasing radial range. Second, the average propagation direction of the IWs is determined using the two-dimensional Fourier transform of the radar images; two radial profiles along this direction are selected from two adjacent radar images; and then, the average phase velocity of the IWs is estimated from these radial profiles. Third, the averaged radar images are processed via histogram equalization and binarization to reduce the influence of noise on the radar images. Fourth, a weighting factor is determined using the average phase velocity of a reference point; the phase velocities on the wave crest of the IWs are subsequently estimated via the optical flow method. Finally, the proposed method is validated using X-band marine radar image sequences observed on an oil platform in the South China Sea, and the error of the phase velocity is calculated to be 0.000 3–0.073 8 m/s. The application conditions of the proposed method are also discussed using two different types of IW packets.