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     

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。     

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。     

1993～2015年中国南海海平面变化的初步研究

利用多代卫星测高资料,采用线性回归、傅里叶变换、经验模态分解(EMD)算法等,对1993~2015年中国南海海平面变化的规律进行分析。结果表明,近23 a来,中国南海海平面总体呈现明显上升趋势,平均上升速率为2.4 mm/a,具体上升速率呈现先上升后下降趋势。中国南海海平面存在显著的年际和年代际变化,其主要变化周期有1 a,0.5 a,1.5 a,2~3 a,4~7 a,其中最显著的为1 a周期信号,夏秋季节海平面高度较高,春冬季节较低。     

由GRACE RL05数据反演近10年中国大陆水储量及海水质量变化

利用CSR(Center for Space Research)提供的GRACE RL05数据反演2003—2012年中国大陆水储量及其周边海域海水质量变化趋势。采用改进去相关滤波算法,使拟合最高阶次位系数为55及数据系列两端球谐位系数无须作为滑动窗口中心可直接拟合,去条带效果相比传统方法更明显。结果表明,中国陆地水储量在华北平原、三峡地区及青海、新疆、西藏交界地区变化较大。十年间,华北平原地下水以4.1±1.3mm/a速度减少,陆地水和地表水变化主要集中在2004—2008年;三峡水库3次蓄水引起地区等效水高变化分别为52mm、18mm及7mm;青海、西藏、新疆3省区交界地区地表水变化引起陆地水、地下水分别以10.6±0.9mm/a及11.6±1.0mm/a的速度增加。扣除冰川均衡调整后,GRACE反演海水质量的变化结果显示,东海、南海、黄海海水质量分别以4.23±0.9mm/a、1.33±0.9mm/a及3.09±1.1mm/a的速度上升,东海海水质量在长江入口附近上升速度最快。     

基于T/P卫星测高数据的海平面变化研究

本文以T/P系列卫星测高数据为研究基础,对各月份数据进行共线处理,对各交叉点进行平差,从而得到海面高,然后对海面高程异常值进行计算,通过对T/P卫星同时在轨阶段测高数据进行综合分析分析,得到中国近海及邻域的平均偏差数据,分别是T/P与Jason-1的差值为-11.76 cm,Jason-1与Jason-2的差值为9.60 cm,Jason-2与Jason-3的差值为2.42 cm,并进行海面高异常改正,建立了研究海域25年的海面高异常序列.对得到海面高异常序列进行分析,得到黄海、东海的海平面上升速率分别为2.68、2.88 mm/a.     

联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据,利用Argo数据计算的比容海平面变化,可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。     

全球海平面高度异常的时空变化分析

利用法国AVISO数据分发中心提供的2014多卫星融合数据中海面高度异常数据,研究了1992年12月~2013年12月,空间范围为82°S~82°N,0°E~360°E全球海平面的变化趋势及分布,分析了全球海面高度异常的季节性变化,再使用经验正交函数分析方法(EOF)进行分析。结果表明,南北半球海平面高度存在年周期的反向相关特性,太平洋存在东西反向相关特性,极值区域在东太平洋暖池区域。     

利用多代卫星测高资料监测1993～2011年全球海平面变化

联合多代测高卫星T/P、Jason-1/2海面高数据和验潮站数据,确定了各卫星高度计的长期低频漂移,建立了统一的卫星测高海面高观测值,研究了1993～2011年间全球平均海平面的变化。结果表明,近18a全球平均海平面以3.12±0.4mm·a-1的速率上升,其中,海平面年际信号与ENSO事件表现出较强的相关性。     

卫星测高逆气压改正及其对海平面变化的影响

研究了全球平均大气压的变化特征,分析了传统卫星测高逆气压改正存在的缺陷,并对以常数大气压为参考值、以全球海洋平均大气压为参考值和顾及高频信号的3种逆气压改正进行了对比。根据T/P卫星测高数据对3种改正方法得到的海面高和海平面变化进行了比较分析,相比于前两种逆气压改正,顾及高频信号的逆气压改正最接近海平面的真实响应,可减少卫星测高海面高交叉点不符值RMS约5.70mm,分别提高海平面变化估计精度约18%和12%。     

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。     

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。     

联合多种卫星测高数据分析全球和中国海海平面变化

利用了 7年的T/P数据 (第 9周期至第 2 49周期 )、4年的ERS2数据 (第 0周期至第 44周期 )和Geosat精密重复任务 (ERM)数据 ,由共线法研究了全球海平面变化和中国海域海平面变化。测高数据的逆气压改正采用了每个周期的平均大气压重新计算 ,对T/P和ERS2两种数据源计算的 1995～ 1999年海平面变化作了相应的比较     

联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海近25年相对海平面变化分析

针对现有验潮公开数据因时间范围及潮位沉降修正等影响,难以真实反映天津沿海相对海平面变化的问题,基于全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）与验潮并置观测,设计了联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海相对海平面变化分析方法。分析结果显示,1993—2018年期间,塘沽验潮站点的相对海平面上升速率约为13.45±0.45 mm/a;联合4个虚拟并置观测站,得到天津沿海不同区域的相对海平面上升速率在11.15～19.17 mm/a,平均上升速率15.09±0.45 mm/a。沿海地面沉降是天津相对海平面上升速率偏高的主要因素（贡献率大于70%）,受地面沉降非均匀空间分布的影响,海平面上升速率存在区域差异,塘沽验潮站难以代表整个天津沿海的相对海平面变化。     

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Jason-1与GRACE卫星数据研究全球海平面变化

海平面变化主要由海水质量变化和比容海平面变化组成。联合GRACE时变重力场与Jason-1卫星测高数据分别研究了全球平均海平面及其质量分量与比容分量的季节性变化(2002-09—2008-04),联合两种卫星数据所得平均海平面变化在周年振幅和相位上与WOA05海洋模型结果具有一致性。估算出研究时间段内全球平均海平面变化及其两个主要分量的长期性趋势,在超过6.5a的时间尺度上,全球平均海平面以+2.0±0.4mm/a的速率上升,其中海水质量变化分量的贡献为+1.4±0.4mm/a,比容变化分量的贡献为+0.5±0.3mm/a。     

利用卫星测高数据研究海面高月异常变化与厄尔尼诺现象的相关性

利用美国宇航局和法国空间局联合公布的T/P数据 (1994年、1996年和 1997年 )、欧洲空间局的ERS1数据 (1992～ 1993年 )和ERS2数据 (1996年、1997年 )以及美国海军的Geosat精密重复任务数据 (1987年、1988年 ) ,由共线法计算了热带太平洋及东、西赤道太平洋洋域海平面高月变化 ,进而研究了 1987年、1991～ 1992年、1994年、1997年四次厄尔尼诺现象与该地区海面高月变化的相关性。测高数据采用最新编辑标准编辑 ,同时进行了逆气压等各项物理改正 ,得出了与 1987年、1992～ 1993年、1994年、1997年厄尔尼诺现象有联系的热带太平洋及东、西赤道太平洋逐月的海面高变化异常图 ,利用正常年 1988年、1996年海平面高月变化作为基准 ,计算出相对于正常年的海平面高变化的异常值     

利用卫星重力探测南极冰盖质量变化

针对不同GIA模型在南极地区的改正差异较大,分析了采用不同GIA模型分析得到的南极冰盖融化误差值,研究了南极冰盖质量变化加速度。研究结果表明,扣除IJ05模型影响后,整个南极冰盖质量以(-81.5±4.2)Gt/a的速度和(-12.3±6.5)Gt/a2的加速度融化,对海平面上升贡献分别为(0.23±0.01)mm/a和(0.03±0.02)mm/a2。西南极处于加速融化状态,速度由2003—2008年间的-37.7Gt/a增加至2009—2013年的-156.0Gt/a。东南极冰盖在2009年前处于稳定,2009年后逐渐积累,且积累速度不断增加。2003-2013期间内东南极,西南极冰盖质量变化速度及加速度分别为(28±13.4)Gt/a、(9.8±2.8)Gt/a2、-(108.1±3.5)Gt/a和-(21.1±2.9)Gt/a2,南极冰盖融化主要来自西南极。南极冰盖周年变化影响较强,每年10月左右其质量变化振幅达到最大,半周年变化影响最大在西南极,S2潮波振幅在Ronne冰架附近较大,振幅最大值达到25mm。