AQUA 卫星的MODIS和AMSR-E 反演的 印度洋北部海域海表温度特征对比分析

以印度洋北部海域为研究区域,分别从地理位置、温度曲线和反演精度3 个方面对AQUA 卫星上的MODIS 和 AMSR-E反演的海表温度特征进行了对比分析。其主要特征表现为MODIS SST 与AMSR-E SST 之间的差异随纬度变化较为 明显;在近岸区域,AMSR-E SST无法获得准确的海表面温度;MODIS SST 与AMSR-E SST 之间的差异随温度而不同;在本 次研究中,AMSR-E SST 反演精度总体优于MODIS SST。本次研究结果对利用热红外遥感和被动微波遥感进行海洋表面温度 的定量反演具有重要的参考价值。     

南海海表温度日变化特征及其影响因素研究

利用国家海洋环境预报中心的逐时海表温度（SST）数据和欧洲中期数值预报中心的ERA5数据集研究了南海海表温度日变化（DSST）的特征及其影响因素。研究结果表明：南海区域的DSST平均为0.56℃,总体呈纬向分布,近岸海域DSST幅度较大,但超过1.5℃的日增暖事件发生频次较少;南海DSST具有显著的季节变化特征,总体表现为春季最大（约0.7℃）,冬季最小（约0.2～0.3℃）;净辐射通量日变化和风速的季节变化是影响南海DSST季节变化的主要原因,南海月平均DSST与净辐射通量日变化的季节变化具有很好的一致性,DSST随着净辐射通量日变化的增加而增大,但DSST与风速的变化关系则相反;南海季风对南海DSST的季节变化也有着重要影响;南海SST具有明显的日循环特征,通常在每日16时到达峰值,08时到达谷值;影响南海SST日循环的主要因素为净辐射通量的日循环,风速日循环的影响相对较小。     

基于志愿观测船舶和浮标数据的SST日产品质量评价研究

选用浮标、志愿观测船舶(VOS)数据作为验证数据对MODIS Aqua,MODIS Terra,AVHRR-OI,OSTIA和RTG五种SST日产品进行了时相差异、近海SST偏差和SST偏差区域整体差异分析的质量评价,以期为日产品的后续应用提供依据。结果表明:不同分析方案得到结论基本一致,在时相差异方面,各季节及年度分析显示各日产品优劣特性相近,其中AVHRR-OI最优(年数据分析回归系数为0.973 6,R2为0.976 0,RMSE为0.71℃),RTG、MODIS Aqua和MODIS Terra次之,OSTIA最差(年数据分析回归系数为0.945 4,R2为0.943 7,RMSE为1.08℃);在近海区域,AVHRR-OI比其他日产品能更真实地反映海表温度状况,OSTIA最差(二者Grade分别为30和13);在海洋表面区域整体特性方面,AVHRR-OI日产品质量在研究区海域存在更少的高正值和低负值,且均值和RMSE也更理想(最低仅分别为0.40和0.59℃);而RTG和OSTIA则差于AVHRR-OI。     

2012—2016年可见光红外成像辐射仪（VIIRS）海表面温度产品精度检验分析

本研究以2012—2016年5 a间的可见光红外成像辐射仪（VIIRS）海表面温度（SST）产品为研究对象,利用Argo浮标为主要验证数据、MODIS Terra和MODIS Aqua SST为辅助验证数据,从时间尺度和空间尺度进行检验对比分析,结果表明：VIIRS SST与Argo浮标白天的平均偏差为-0.015 5℃,标准偏差为0.514 0℃;夜间平均偏差是-0.221 4℃,标准偏差是0.418 9℃,白天平均偏差较夜间更接近Argo浮标的观测结果;VIIRS SST在白天和夜间偏差均是夏季大于冬季;白天VIIRS SST在近赤道太平洋海域、近赤道印度洋海域要高于浮标观测的海温,夜间这些地区总体要低于浮标值,白天和夜间标准偏差空间分布差异较小;与MODIS Terra和MODIS Aqua SST月平均偏差对比显示,夏季在南半球VIIRS较MODIS Terra SST偏暖强度减弱,冬季VIIRS较MODIS Terra SST在北半球中高纬度海域偏冷;夏季部分海域VIIRS SST较MODIS Aqua偏低,冬季则是大部分海域VIIRS 低于MODIS Aqua SST。     

SST融合产品在渤黄海的质量评估与修正研究

为获取高空间分辨率与空间覆盖率的海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)产品,基于最优插值方法,对微波辐射计Wind Sat、AMSR-E、ASMR2、HY-2 RM和红外辐射计MODIS、AVHRR的SST观测数据进行融合,生成了一种0.1°空间分辨率的每日SST融合产品,利用浮标数据在渤黄海区域进行了精度评估和修正,并分析了该区域的SST时空分布特征。结果表明:SST融合产品的在中国近海的精度为1.1℃,利用浮标数据修正后的精度略有改善;利用修正的SST产品对渤黄海区域SST分布特征进行了分析,分析结果显示,渤黄海海域冬季海温最为均匀,春季在海水升温过程中海温不均匀性明显。     

HY1C/1D海表温度对Terra/Aqua产品的可替代性分析

通过卫星遥感获取的海表温度（SST）产品已经成为海洋和大气研究中的重要数据源,我国海洋水色遥感卫星（HY1C和HY1D）的海洋水色水温扫描仪（COCTS）具有两个热红外通道,可反演全球SST遥感产品。对比Terra和Aqua卫星的中分辨率成像光谱仪（MODIS）的SST产品,分析COCTS海表温度产品对MODIS相应产品的可替代性。比较了两种卫星的全球SST单日和月平均融合产品的图像空间结构,分析了匹配像元SST值的离散度,统计了HY1C/1D的误差结果,讨论了HY1C与HY1D产品的一致性、不同质量控制方案对SST产品影响以及遥感产品质量对昼夜SST变化研究影响等问题。结果表明,以2020年6月SST(Terra)为真值,HY1C白天SST的单日全球遥感产品的平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相关系数分别为0.04℃、0.60℃、0.78℃和0.98,夜晚SST的单日全球遥感产品的平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相关系数分别为-0.16℃、0.78℃、0.95℃和0.86。以2020年6月SST(Aqua)为真值,HY1D白天SST的单日全球遥感产品的平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相...     

基于云特性的多源卫星日间海雾探测技术研究

海雾与低云的分离是当前海雾遥感监测的难点,为提高日间海雾监测的准确度和实时性,本文针对2015—2020年在渤海、黄海和东海的11次海雾过程,在分析海雾与低云在云特性、可见光反射率、亮温和亮温差及纹理特征差异的基础上,使用Terra/Aqua卫星MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)传感器及S-NPP/NOAA-20卫星VIIRS(visible infrared imaging radiometer suite)传感器的云和反射率产品,建立基于云特性的多源卫星日间海雾探测模型,有效分离了海雾与低云。利用CALIOP(cloud aerosol lidar with orthogonal polarization)后向散射和垂直特征对模型进行精度验证,MODIS(Terra)、MODIS(Aqua)、VIIRS(S-NPP)海雾识别的召回率最高为0.97、0.96、0.89,VIIRS(NOAA-20)与VIIRS(S-NPP)精度相当,与VIIRS(S-NPP)一致性超过0.8的VIIRS(NOAA-20)海雾监测结果...     

基于MODIS/Aqua的胶州湾及青岛近海叶绿素a浓度年变化特征分析

利用2002-2013年MODIS/Aqua的Level 1B数据,经标准大气校正算法和叶绿素a浓度[chl-a]波段比经验算法(OC2M-HI),获得近12 a的胶州湾及青岛近海海域晴空的MOIDS/Aqua叶绿素a浓度。根据GOCI/COMS和MODIS/Aqua叶绿素a浓度产品在胶州湾及青岛近海交叉比较的结果[1],对2002-2013年的MODIS/Aqua[chl-a]进行了修正。基于修正后的MODIS/Aqua[chl-a]分析了胶州湾及青岛近海的叶绿素a浓度年变化特征。该海域的叶绿素a浓度大致呈现北高南低,湾内高于近海的特点,且每年空间分布趋势基本一致;近12 a的[chl-a]呈小的上升趋势,胶州湾的上升趋势大于青岛近海。胶州湾跨海大桥建设前,其附近区域叶绿素a浓度以0.47μg/L/year的趋势上升,基值为2.62μg/L;大桥开建及通车后,其附近叶绿素a浓度年变化趋势不明显,但基值明显增大(4.00μg/L)。     

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心(ECMWF)海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法(EOF)、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明:南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势,呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

南海西部秋季海表p_(CO_2)分布与海-气CO_2通量

文章综合分析了南海西部2012年秋季海表二氧化碳分压(p_(CO_2))分布及控制因素,估算并讨论了海-气CO_2通量及其区域性差异。结果表明,秋季南海西部海表p_(CO_2)变化范围为37.8~57.1Pa,均高于大气p_(CO_2),表现为大气CO_2的源。研究海域海表p_(CO_2)分布主要受海水碳酸盐热力学的影响,海表温度(SST)是影响海表p_(CO_2)分布的主要因素。但在局部海域,海表p_(CO_2)分布还受到其他因素的控制。其中,越南东部局部海域表层海水受湄公河冲淡水的影响呈低盐特征,高p_(CO_2)的冲淡水团和离岸水团的混合作用直接影响该海域海表p_(CO_2)分布。此外,珊瑚礁的钙化活动造成南沙群岛弹丸礁西部海域出现表层p_(CO_2)极高值。秋季南海西部表层海水CO_2释放速率的分布格局主要受风速的控制。北部海域海-气CO_2分压差(Δp_(CO_2))低于中南部海盆,但其海表风速远高于中南部海盆,造成北部海域表层海水CO_2释放速率(2.9mmol C·m~(-2)·d~(-1))明显高于中南部海盆(0.9mmol C·m~(-2)·d~(-1))。海-气CO_2通量估算中不能忽视局部海域珊瑚礁代谢作用的影响。     

春季东海黑潮海表温度与风场的年代际变化特征

利用高分辨率遥感海表温度和海表面风场数据,通过经验正交分解(EOF)和合成分析等方法对春季(3—5月)东海黑潮海温暖舌和海表面风场的年代际变化特征进行分析。结果表明:春季黑潮海温暖舌存在明显的年代际变化特征,在1996/1997年发生由弱到强的位相转换,该年代际变化主要受到北太平洋涡旋振荡(NPGO)的调制。进一步研究表明,与气候态相反,春季黑潮海表温度和风场散度在年代际尺度上表现出显著的负相关关系,合成分析表明,该现象主要是由黑潮西侧东海陆架海域海温的异常增暖所造成。     

一种新型的非对称台风海面气压场和风场模型

采用台风外围闭合特征等压线等要素,对圆对称的藤田气压模型进行改进,推导出不含有关参数的非对称台风海面气压场和考虑到径向梯度风的风场模型,并利用该模型对给湛江地区造成了严重风暴潮灾的几次台风过程的海面气压场和风场进行了模拟。结果表明,改进后的台风气压场和风场模型更方便准确。     

台风背景下海浪对海表流场和海表温度的影响

海浪作为海-气界面中重要的物理过程,对海洋上混合层的近表面分布具有重要作用。本文以台风"威马逊"和"麦德姆"为背景,基于FVCOM耦合模式模拟了台风浪及上层海洋的响应过程,探讨了海浪对海表流场和海表温度的影响。结果表明耦合模式能够较准确地模拟出有效波高,台风过境后海表流场在海浪的作用下反映出与台风相对应的气旋性特性,改变的流场量级可达0.4 m/s;海表温度出现不同程度的下降,最大降温约4℃,最大降温中心与流场变化区域相对应,且降温区相对台风路径呈显著的"右偏性"。最大降温滞后台风中心过境2 d左右,恢复时间一般超过10 d,与实况相吻合。     

风对中国东部海域海平面季节变化的影响

应用ROMS数值模式配置基本实验模拟了2004年到2006年中国东部海域海平面的季节变化。模拟结果与TOPEX／Poseidon（T／P）卫星高度计观测结果基本一致,海平面年较差从中国沿岸到黑潮路径逐渐变小。将数值模式的风应力项去掉,配置对比实验。与基本实验结果对比发现,对比实验海平面仍然具有季节变化,但是闽浙沿岸和苏北沿岸海平面春夏季异常偏低、秋冬季异常偏高现象消失,中国沿岸向太平洋的海平面变化减弱。春季和秋季,渤、黄海和黑潮附近海平面异于东海的现象减弱。对比实验海平面的年较差的数值明显减小,从近岸向黑潮海平面年较差渐变的过程消失。整个渤黄海的海平面年较差近似。对比实验海平面年较差占基本实验海平面年较差比率从近岸向黑潮路径逐渐增大。     

中等海气耦合模式对外强迫响应试验方案的能力检验

针对如何得到海洋-大气耦合模式对某外强迫场响应的问题,提出了2种数值试验方案:外加方案和替代方案,并对上述2个方案利用中等海洋-大气耦合模式进行了检验.检验结果表明,运用2个方案中的任何一个都可以基本上达到用该模式模拟对强迫场响应的目的;用海面风强迫的外加方案得到响应场的变化在位相准确性上较好,但会夸大响应场的振幅;在替代方案中,模式对海面风强迫的响应要比对海温强迫的响应更准确.     

Interannual variability of the Kuroshio intrusion in the South China Sea

The interannual variability of intrusions of the Kuroshio into the South China Sea (SCS) is investigated using satellite remote sensing data supported by in-situ measurements. The mesoscale circulation of the SCS is predominantly wind-forced by the northeast winter and southwest summer monsoons. Although the region has been studied extensively, considerable uncertainty remains about the annual and interannual mesoscale nature of the circulation. The frequency and characteristics of Kuroshio intrusions and their effect on circulation patterns in the northeast SCS are also not well understood. Satellite observations of Sea Surface Temperature (SST) from the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) and the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) and Sea Surface Height Anomalies (SSHA) from TOPEX/ Poseidon for the period 1997–2005 are used here to analyze the annual and interannual variability in Kuroshio intrusions and their effects on the region. Analysis of SST and SSHA shows the formation and characteristics of intrusions vary considerably each year. Typically, the intrusion occurs in the central region of Luzon Strait and results in an anticyclonic circulation in the northeastern SCS. However, in some years, the intrusion is located in the northern portion of Luzon Strait and a cyclonic intrusion results. Wind stress and wind stress curl derived from the National Aeronautics and Space Administration (NASA) QuikSCAT satellite scatterometer are used to evaluate the relationship between wind stress or wind stress curl and the presence of winter Kuroshio intrusions into the SCS.     

ENSO对中国近海海平面影响的区域特征研究

使用卫星测高、海表温度以及中国沿海台站水位等数据,分析研究了ENSO对中国近海海平面影响的区域特征。结果表明:（1）赤道东太平洋海表温度与我国近海海平面存在显著的遥相关关系。相关系数自北至南呈梯度递增,分为3个影响明显的区域,分别是渤、黄海、东海和南海海域。南海海平面异常与赤道东太平洋区域的海表温度异常相关性最强,大部分区域的相关系数超过了0.6;东海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数弱于南海,强于渤、黄海,大部分海域的遥相关系数超过了0.4;渤、黄海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数最弱,但是大部分海域的遥相关系数超过了0.3,通过了显著性检验。（2）中国沿海海平面的季节变化与ENSO有明显的相关关系,且影响范围具有明显的区域特征,以长江口和台湾海峡为分界线分为长江口以北、长江口到台湾海峡以及台湾海峡以南3个区域。海平面的年振幅在厄尔尼诺年均出现偏低的现象,并且年振幅的极小值均出现在厄尔尼诺年。另外,海平面的年振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关,在强厄尔尼诺事件中,响应区域和幅度较大,弱事件中,响应区域和幅度偏小。（3）南海、东海和渤、黄海这3个区域沿海的海平面变化均存在4~7 a的显著振荡周期,说明这3个区域的海平面均受ENSO的影响。其中,南海7 a周期的振荡幅度最大,约为1.5 cm;东海7 a周期的振荡幅度次之,约为1.3 cm;渤、黄海6 a周期的振荡幅度最小,不到1 cm。     

X波段雷达海面回波谱宽特征研究

海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关,可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度,建立了回波谱宽模型,分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响,同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明,剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后,基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好,这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。     

JASON-1与TOPEX/POSEIDON卫星高度计数据在中国海和西北太平洋的一致性分析及印证

利用JASON-1和TOPEX/POSEIDON卫星高度计在相互校正阶段的观测资料,对两者在中国海和西北太平洋测得的海面风速、有效波高、后向散射截面、海平面高度等参数进行一致性分析;利用j,v模型及主要分潮的调和常数,对中国陆架浅海的JASON-1海平面高度数据进行浅海潮汐修正,使用验潮站月平均水位资料对修正结果加以印证。结果显示,2颗高度计观测的海洋环境参数具有强相关性,JASON-1具备了完成延续TOPEX/POSEIDON数据集这一使命的条件。但是,2套系统对于同一海洋环境参数的观测还是存在不能忽略的差异,对这种差异进行了分析,并给出了修正模型。所使用的浅海潮汐修正方法有效地抑制了中国陆架浅海潮波对海平面高度反演的影响,所使用浅海水域的5个验潮站月平均水位资料与JASON-1高度计经过浅海潮汐修正后的海平面高度的相关系数为0.738,标准偏差为0.096m。通过进一步融合JASON-1和TOPEX/POSEIDON在并行飞行期间的海平面高度数据并与验潮站资料比较显示,两者的相关系数提高到0.83,标准偏差为0.067m。     

南极海冰快速下降历史事件的时空特征分析

卫星记录以来,南极海冰范围发生5次快速下降事件,研究这5次事件的时空特征,对进一步认识海冰快速下降事件的物理机制具有重要意义。基于海冰范围和海冰密集度的卫星数据,从时间和空间两个维度总结5次南极海冰快速下降事件的特征,再结合大气和海洋各项环境因素的再分析数据,探讨海冰快速下降的影响因素及其驱动过程。结果显示:南极海冰快速下降的空间分布存在季节性差异, 2021年8～12月以及2016年8～12月的春季南极海冰快速下降由别林斯高晋海、威德尔海、印度洋和西太平洋区域的海冰减少所主导; 2010年12月至2011年4月以及1985年12月至1986年4月的夏季南极海冰快速下降由威德尔海、罗斯海沿岸和西太平洋区域的海冰减少所主导;2008年4～8月的冬季南极海冰快速下降则由别林斯高晋海和西太平洋的部分区域的海冰减少所主导。探究影响海冰的环境因素发现,海表面温度和海表面净热通量对海冰减少的热力效应影响具有区域性差异。此外,南极海冰快速下降受阿蒙森低压的影响,相应的海表面风异常既通过经向热输运的热力效应导致海冰减少,也通过风的动力效应驱动海冰漂移使得海冰密集度降低。