卫星测高沿轨海面高的精细结构及其应用技术初探

首先介绍了频域和多尺度域中的两种沿轨测高海面高精细结构，进而提出了利用沿轨测高海面高精细结构计算平均海面高与海平面距平的新方法，最后进一步讨论了沿轨平均海面高和海平面距平的频谱和多尺度分解，以及它们随时间的变化特性。     

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。     

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。     

海面温度异常时间序列的谱分析

利用了傅里叶功率谱和小波功率谱分析方法,分析了太平洋中、东部地区海面温度异常时间序列的时频特征,发现了海面温度异常信号具有2~6年左右的周期特征。     

由ERS-2和TOPEX卫星测高数据推算的海面高异常的主成分分析

利用1995~2003年间的TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星测高数据,尽量采用相同的改正模型对TOPEX和ERS-2卫星测高数据分别进行改正,然后由共线分析法分别推算了全球1°×1°的35 d的海面高异常时间序列,并采用主成分分析法分别对这两个海面高异常时间序列进行了分析。     

NINO3海面温度异常时间序列的小波分析

本文对连续小波变换和离散小波变换进行了简要介绍,对连续小波变换中小波函数与尺度的选取、小波尺度与Fourier频率的关系等进行了阐述。结合太平洋中部地区1871年至2005年6月期间NINO3海面温度异常时间序列进行了小波功率谱分析,提取了其时频特征,分析结果与主要厄尔尼诺和拉尼娜事件的发生时间吻合较好。最后,利用离散小波分解与重构对时间序列进行消噪处理,并对不同层数强制消噪效果进行了比较。     

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。     

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。     

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。     

利用ICESat确定北极海面高及其变化

利用ICESat数据计算了海冰覆盖的北冰洋海域海面高,获得的北极平均海面高模型ICESat MSS与DTU13MSS模型存在-10.0±9.6 cm的差异。分别根据EGM2008和ArcGP大地水准面模型计算的平均海面动力地形在总体趋势上完全一致,准确地展现了北冰洋的主要洋流特征。根据ICESat计算的海面高分析了北极海平面的季节性变化,与验潮站数据的对比表明不同ICESat任务期之间存在系统差异。     

Jason-2近海海面高的最优高斯低通滤波半径选择

使用测高卫星Jason-2传感器地球物理数据记录（sensor geophysical data record,SGDR）的近海海面高观测数据,基于最大似然估计4参数法,对波形数据进行重跟踪。考虑到星下点沿轨方向前后相邻海面高观测值中高频改正信号具有相关性的特征,提出了确定海面高的最优高斯低通滤波半径选择的技术方法,即对星下点沿轨方向观测值进行差分计算,形成差分数据序列,根据序列的相关系数性来确定滤波半径。对于SGDR数据,若对其进行低通滤波,建议滤波半径选为2 km,既可抑制沿轨海面高数据的高频误差,又可保证该数据没有被过度平滑。研究成果可为充分利用卫星测高数据建立高精度近海海面高模型提供参考,进而促进高精度陆海无缝垂直基准的技术体系建设。     

Investigating Effects of Seafloor Topography on Sea Surface Currents in the Caspian Sea and Northern Indian Ocean

Seafloor topography certainly has an impact on ocean circulation in different ways. Due to this assumption, the sea surface currents calculated by optical flow (Horn–Schunck) and geostrophic currents methods are analyzed to observe this impact. Pair of sea surface temperature imageries, calculated sea surface height and sea level anomaly are showed beside depth map in areas with meaningful bathymetric features such as underwater mountains and pools. The reason for the formation of some eddies in the Caspian Sea and Indian Ocean is concluded from the location of pools and knolls. In this study, in addition to introducing new time span for calculating geostrophic currents, Ocean Surface Current Analyses Real-Time (OSCAR) currents are applied to validate our estimated currents. Variety of products such as sea surface temperature imageries, OSCAR currents, depth map, calculated results like sea level anomaly and absolute dynamic topography and estimated currents via optical flow and geostrophic currents have been collected in this paper to make very detailed investigation on depth effect on mentioned water parameters. Results show that impacts of knolls and pools are meaningfully clear in optical flow and geostrophic currents in shaping and rationing water motions.     

利用ICESat数据确定北冰洋海冰出水高度——以2005—2006年为例

提出了在结合高程特征变化的基础上利用ICESat海冰观测数据波形参数确定北冰洋海冰出水高度的方法,并与目前常用的最低点法进行比较。结果表明,最低点法计算的海冰出水高度不仅在空间分布上存在系统性误差,并且容易受到粗差影响,而本文的方法则具有较高的可靠性。本文在最低点法中加入高程标准差限制,并与本文提出的方法结合,计算并分析了2005年至2006年6个ICESat任务期的北冰洋海冰出水高度的季节变化。结果表明,2005年夏天的异常气候对于北冰洋海冰具有深远的影响,不仅使当年秋季的海冰出水高度大大减小,而且海冰的组成比例也发生了巨大变化。     

多源卫星观测的全球海洋次表层温度异常信息提取

基于表层卫星遥感观测的中深层海洋遥感对于了解海洋内部异常及其动力过程有重要意义。如何从现有的海洋表层遥感观测资料提取海洋内部关键动力环境信息场是具有挑战性的海洋遥感技术前沿。本文采用支持向量回归(SVR)方法,通过卫星遥感观测获取的多源海表参量(海表高度异常(SSHA)、海表温度异常(SSTA)、海表盐度异常(SSSA)和海表风场异常(SSWA)),选择最优参量输入组合,感知海洋次表层温度异常(STA),并用实测Argo数据作精度验证。结果表明SVR模型可准确估算全球尺度的STA(1000 m深度以浅);当SVR输入变量为2个(SSHA、SSTA)、3个(SSHA、SSTA、SSSA)、4个(SSHA、SSTA、SSSA、SSWA)时对应的平均均方差(MSE)分别为0.0090、0.0086、0.0087,平均决定系数(R2)分别为0.443、0.457、0.485。因此,除了SSHA和SSTA外,SSSA与SSWA的输入对SVR模型的估算有积极影响,有助于提高STA的估算精度。在全球增暖与减缓背景下,该研究可为从表层卫星遥感观测提取海洋内部热力异常信息研究提供重要技术支持,有利于拓展卫星对海观测范围。     

GNSS反射信号海面高度测量及风速对反演精度的影响分析

海面高度作为最重要的海洋物理参数之一,在预防海啸、风暴潮中起到重要作用,是海洋科学,遥感测绘领域的重要研究内容之一。粗糙度作为影响海面测高精度的重要因素之一,主要是由风速变化引起,本文为了探究风速引起的粗糙度变化对海面测高精度的影响,分别进行了湖面实验与海面实验。通过对风速与反射信号相位差RMS关系的研究,定性分析了粗糙度对测高精度的影响,结果表明,在反射信号相位差RMS增加0.005(单位rad)时,测高的误差RMS增加了近一倍。      

多波段摄影监测海面油溢的实验

本文介绍了用船载多波段摄影对海面油溢进行监测的实验。实验表明,海水与油膜的光谱反射虽然较低,但在0.3—0.5微米光谱区却有较大的对比度,可获取清晰的油溢图像。实验还表明,选择最佳光谱段组合,从光谱近紫外区到红区均能获取海面油溢图像,其中以紫蓝光谱区最为理想,近紫外区和蓝绿光谱区次之,红区较差。 本实验为水面环境污染监测和科学研究提供了一种较好的实时监测手段。     

潮汐模型对利用卫星测高数据研究海平面变化的影响

利用T/P测高数据反演了中国近海及西北太平洋海域的潮汐参数,构造了CSR3.0、FES95.2和T/P反演的海潮模型改正下的海面高时间序列,通过海面高变化曲线及功率谱的比较确定了利用测高数据发现的海平面季节内变化主要是潮汐模型误差的贡献.     

NASA MODIS海冰产品评价分析——以辽东湾海冰监测为例

NASA开发的MODIS海冰产品可提供全球范围的海冰分布和冰表温度信息,但将其直接用于局地和区域海冰监测时,其精度还有待进一步验证.以辽东湾冬季海冰监测为例,对MODIS海冰产品进行了分析,发现该产品将区域内绝大部分海冰标识为云.根据NASA的海冰算法,利用反射率和冰表温度(Ice Surface Temperatur...     

利用CryoSat-2测高数据研究南极威德尔海海冰出水高度时空变化

为了提高南极海冰出水高度的估算精度,以威德尔海为例,基于CryoSat-2卫星测高数据,联合冰桥计划(IceBridge)机载测高数据和科考船走航观测数据,获取应用最低点高程法反演海冰出水高度的最佳估计参数,进而估算并分析了2011—2017年,每年5月—10月威德尔海海冰出水高度的时空变化。结果表明,最佳的出水高度估算方案为采用0.8倍标准差剔除高度计观测值粗差后,选择沿轨10 km数据段并取最小5%的样本点平均值作为局地海面高估算海冰出水高度;近7年来南极威德尔海月均海冰出水高度总体呈现略微变薄的趋势,变化范围在17.9~27.4 cm之间;威德尔海海冰出水高度的分布呈现东薄西厚的特征,较大值主要分布在西威德尔海以及南极半岛东部海域。上述结论可为进一步研究南极海冰厚度变化对气候变化的响应提供参考。