近海多卫星测高数据联合处理的方法及应用

近海卫星测高数据质量较深海差,多卫星数据联合处理是提高近海卫星测高精度的有效方法.研究不同测高卫星海面高参考框架的统一技术,讨论利用交叉点平差处理不同测高卫星海面高联合数据的技术与方法,并根据此方法联合Geosat GM,ERS-2和T/P海面高数据计算中国近海测高平均海面高.     

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。     

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。     

基于多源测高卫星的日本海域平均海面高模型建立

平均海面模型是研究海图基准及海平面化的重要参考.经过数据预处理、重复周期观测数据共线平差、非重复周期观测数据海面时变校正、多种卫星测高数据联合交叉点平差、海面高格网化等几个环节,利用1993—2012年近20年的测高数据,建立日本海域(30° ～45°N、130° ～145°E)2′ ×2′网格分辨率的平均海平面模型(Japan Mean Sea Surface,JPMSS),与WHU2013、CLS15、DTU18三种全球平均海面高模型以及TP(Topex/Poseidon)/J1(Jason-1)/J2(Jason-2)平均参考框架,进行比较分析,结果显示,在研究区域内,JPMSS相比于其他模型误差最小,精度较为可靠.     

T/P卫星测高数据确定海面地形的方法研究及应用

介绍T/P卫星测高的基本原理及通过卫星测高数据确定海面地形的方法,列举出用T/P测高数据确定中国海域及其邻域的海面地形的应用例子,得出有关中国近海及邻域海面地形情况的结论.     

近海海平面变化成因分析

近海海平面上升直接威胁人类生存,分析其成因不仅具有重要科学意义,而且能够为应对海平面上升提供相应策略。使用卫星测高、时变重力以及浮标观测研究2002—2020年近海300 km内海平面变化成因。由于时变重力在近海受到较为严重的泄漏误差影响,使用时变重力约束解模拟陆地质量变化对海洋质量的泄漏,其线性趋势约为0.68 mm/a。在季节和非季节尺度上,时变重力和浮标观测解释了卫星测高的结果,证明近海海平面平衡方程在季节和非季节时间尺度上能够被闭合。在长期变化趋势方面,卫星测高显示近海海平面上升速率为3.32±0.45 mm/a,而时变重力与浮标观测之和的速率为2.25±0.51 mm/a,两者之间存在约1 mm/a的速率差。鉴于该速率差高于估计的不确定度,认为当前在闭合近海海平面平衡方程长期趋势方面仍存在不小挑战,一方面近海比容实测数据较为稀少,很可能低估了长期趋势变化;另一方面,不完善的泄漏误差改正和陆地垂直运动改正也会影响近海海平面长期趋势变化。     

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。     

联合时变重力数据与测高数据反演全球海平面变化及其分量贡献

理解全球海平面变化具有十分重要的意义,它间接反映了地球系统中气候性相关因素的变化。本文基于一组海平面指纹和比容经验正交函数,联合时变重力数据和卫星测高数据反演了2002年4月至2020年2月的全球海平面变化,将全球海平面变化分解成南极冰盖融化、格陵兰冰盖融化、陆地冰川融化、陆地水储量变化、冰川均衡调整和海水比容效应这6个分量的贡献。联合反演结果显示,全球平均比容海平面变化为1.08±0.05 mm/a,与相关文献的结果相吻合。研究发现,联合测高数据和时变重力数据的反演方法能够一定程度上减弱GRACE Follow-On卫星时期海水质量变化被低估的现象。本文利用联合反演的结果研究了区域海平面变化,在大部分近海区域反演效果较好,这表明该方法可用于区域海平面变化的研究。     

中国近海海面地形机制研究

本文采用几何水准、海洋水准和卫星测高的综合法求得了较准确的中国近海海面地形，详细分析了中国近海海面地形的机制。经比较，海洋水文法在黄渤海及东海海区的计算结果与综合法很拉近，但在华南沿海约有２１ｃｍ的系统性差。经进一步研究发现，这是由于华南沿海气压影响造成的，气压的均衡效应、气压的非均衡效应、气压扰动和海平面波动的共振使海平面显著升高。     

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.     

联合卫星测高和海洋物理数据计算近海稳态海面地形的可行性分析

在系统论的指导下 ,以测量平差中一个浅显的例子作对比 ,巧妙地阐述了联合卫星测高和海洋物理数据计算近海稳态海面地形的可行性 ,进而将可行的计算方案归结为具有本质联系的三类。     

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。     

抗差最小二乘法在卫星测高数据处理中的应用

在采用1992年10月至1998年10月的Topex/Poseidon卫星测高资料进行海平面变化研究，将抗差最小二乘法引入到数据处理时，计算了平均海面高，海平面变化量和海平面的升降速率及其主要周期项的振幅和相位，同时给出采用经黄最小二乘法计算的结果，将将两种结果进行了比较，最后通过对计算结果的分析，揭示了海平面变化的一些规律，实证了海平面变化与厄尔尼诺现象之间的联系。     

利用TOPEX/Poseidon卫星测高资料监测全球海平面变化

本文利用１９９３年１月至１９９９年５月的ＴＯＰＥＸ／Ｐｏｓｅｉｄｏｎ卫星测高数据计算了全球海平变化。海平面模型误差和不恰当的加权方法都会影响全球海平面序列的周年变化,潮汐模型误差对于季节性变化有明显的影响。利用两个高度计算的海平面变化存在周年变化存在明显的差异,利用ＴＯＰＥＸ高度计和Ｐｏｓｅｉｄｏｎ高度计得到的该时段全球平均海平面的变化率分别为２．０ｍｍ／ａ和－０．５ｍｍ／ａ。与南方涛动指数的比较     

Improving gravity anomalies over China marginal sea from retracked Geosat and ERS-1 data

The quality of altimeter data and ocean tide model is critical to the recovery of coastal gravity anomalies. In this contribution, three retracking methods (threshold, improved threshold and Beta-5) are investigated with the aim of improving the altimeter data over a shallow water area. Comparison indicates that the improved threshold is the best retracking method over China Sea. Two ocean tide models, NAO99b and CSR4.0, are analyzed. Results show that different tide models used in the processing of altimeter data may result in differences more than 10 mGal in recovered coastal gravity anomalies. Also, NAO99b is more suitable than CSR4.0 over the shallow water area of China Sea. Finally, gravity anomalies over China Sea are calculated from retracked Geosat/GM and ERS-1/GM data by least squares collocation. Comparison with shipborne gravimetry data demonstrates that gravity anomalies from retracked data are significantly superior to those from non-retracked data. Our results have the same order as the other two altimeter-derived gravity models: Sandwell&Smith(V16) and DNSC08.     

基于卫星测高后向散射系数的极区海冰分布特性研究

海冰对气候变化非常敏感,了解极地海冰分布范围和表面属性不仅对于极地环境非常重要,对全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键。ENVISAT卫星可覆盖至南北纬81.4°,其携带的RA2雷达高度计为极地海冰研究提供了周期性的主动微波海冰探测途径。本文用ENVISAT雷达高度计探测的Ku波段后向散射系数对2011年南极和北极各月份的海冰覆盖特征（范围和海冰表面属性）进行了详细研究,利用海水和海冰的不同散射特征,设置后向散射系数阈值为13db可成功分离海冰和海水。除夏季外,雷达高度计和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的极区海冰覆盖边界高度符合。因北极中央区域（81.4°N以北）没有轨迹覆盖,本文只估计了南极海冰的覆盖面积,夏季海冰的覆盖范围面积比辐射计探测结果偏大,这和雷达高度计对离散薄冰较强的观测能力关,在海冰密集分布的其他季节结果则有很好的符合,其中冬季面积平均差异为0.17 Mkm2。分析了南极和北极海冰的分布特征差异,和南极相比北极冬季海冰表面较粗糙干燥,而夏季海冰表面湿度较大。本文研究结果表明ENVISAT雷达高度计可准确的探测包括海冰覆盖和海冰表面属性变化在内的海冰季节性演变过程,可在海冰监测、极地科考等领域中发挥重要作用。     

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。     

利用卫星测高技术确定浙江海域大地水准面

利用多颗卫星的测高数据,经共线平均及交叉点平差,建立浙江深海海域2.5′×2.5′格网分辨率的平均海面高模型,在扣除海面地形影响后得到海域的大地水准面起伏,并与EGM2008所得计算结果进行对比;利用移去-恢复技术及SVR方法,联合验潮站GPS/水准数据与EGM2008大地水准面模型,计算浙江近岸海域大地水准面起伏;最终建立浙江海域2.5′×2.5′格网分辨率的大地水准面模型。     

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476 m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。