基于SAR图像速度聚束调制的海浪反演研究

本文首先对合成孔径雷达（SAR）海浪成像中的3种调制（倾斜调制、流体力学调制与速度聚束调制）的影响进行了对比分析,结果显示:速度聚束调制对SAR图像的影响最为显著。另外,由于SAR图像中固有相干斑噪声的存在,较低波数范围的噪声难以滤除或抑制,利用经典MPI方法反演海浪谱会造成低波数范围谱值偏大。基于此,本文借鉴经典MPI海浪谱反演算法,建立了基于速度聚束调制的海浪方位向斜率谱和有效波高的反演算法。通过将经典MPI方法、同极化调制法及本文算法等3种海浪反演方法所得有效波高与浮标数据进行比较,结果显示:本文方法反演得到的海浪有效波高与浮标数据获得的有效波高之间的均方误差为0.79 m,为3种方法中最小。     

星载合成孔径雷达海浪图像谱仿真研究

利用Hasselm ann 的完全非线性积分方法对文氏海浪谱的星载合成孔径雷达(SAR)图像谱进行了仿真研究。结果表明: (1) 在星载SAR海浪成像过程中, 速度聚束调制远比水动力调制、倾斜调制和距离向聚束调制重要;(2) 图像谱有180°的方向模糊和方位向的高波数截断,距离向传播海浪的图像谱存在双峰现象; (3) 不同极化方式和雷达视向的选取对图像谱无明显影响, 因而对于海浪的星载SAR遥感而言, 可以采用单一极化和单一视向。对于不同成长状态的风浪而言, 以上结果保持不变。     

海面风浪SAR成像仿真研究

对于SAR风浪图像而言,速度聚束调制常导致图像中散射面元沿方位向产生位置交叠,从而引起强烈非线性特征,难于仿真;另外,SAR图像强度是由雷达飞行过程中多次观测所得的散射回波相干叠加获得,然而,传统SAR海浪图像仿真方法中并未考虑该相干叠加过程。为了解决第一个问题,文中首先应用线性滤波法对海浪运动引起的速度聚束效应进行仿真,统计方位向各像素位置处发生交叠的散射面元数目,并将各散射面元回波进行非相干叠加。针对第二个问题,本文则根据海面微波散射场时间序列的相位差近似满足高斯分布这一事实,将雷达沿方位向飞行过程中不同时刻所得的散射场引入满足高斯分布的随机相位,进而再将方位向不同时刻散射场进行相干叠加。最后通过将仿真所得SAR图像的强度分布与经验分布函数进行比较,初步检验了本文仿真方法的可行性,同时还分别分析了风速、风向、速度聚束调制等因素对仿真SAR图像的影响。     

高分三号卫星对海浪的首次定量遥感

高分三号(GF-3)是我国首颗C频段多极化高分辨率微波遥感卫星,于2016年8月10日在太原卫星发射中心成功发射。GF-3 SAR卫星入射角范围约为20°—50°,具备单极化、双极化和全极化等多极化工作能力,还是世界上成像模式最多的SAR卫星,具有12种成像模式。不仅涵盖了传统的条带、扫描成像模式,而且可在聚束、条带、扫描、波浪、全球观测、高低入射角等多种成像模式下实现自由切换,既可以探地,又可以观海,达到"一星多用"的效果。近日,国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室利用首批GF-3合成孔径雷达(SAR)遥感数据(图1)对夏威夷西北部附近太平洋海域的海浪进行了首次定量分析和反演研究(图2)。图1为GF-3 SAR的灰度图像,成像时间为2016年9月2日8:30(GMT),卫星此时飞行速度约为7.6km,极化方式为VV极化,飞行方向为降轨,空间分辨率为8m×8m,中心入射角为28.32°。由图1可以看出,SAR图像上存在明显的黑白相间的海浪条纹,说明海浪在图像上能够顺利成像。通过提取灰度图像上的调制信息,并作傅里叶变换分析,可得到包含海浪信息的图像谱。进一步,基于经典的Hasselmann SAR海浪成像模型的准线性形式,同时估计倾斜调制、水动力调制和聚束调制等三种海浪调制函数(MTF),可以利用图像谱反演得到海浪谱,此时的海浪谱主要为较长波长的涌浪信息,至于较短波长的海浪信息提取,由于受到方位向截断效应的影响,则需要引入初猜谱加以补偿实现。图2为图1反演的海面涌浪参数。从图2可以看出,该海域海浪由西北向东南传播(即由外海向近岸传播),平均波长约200m,有效波高从2.5m到4.0m不等,能够反映浪场的分布差异。由于没有同步的现场观测资料和其他卫星遥感资料,本文将这些结果与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-Interim再分析数据进行了比对。初步反演与比对结果表明,两者有较好的一致性,但本文的反演结果反映了更多的细节,显示GF-3 SAR有能力对海面涌浪信息进行高分辨率的观测;同时,再次表明ERA-Interim再分析数据低估了有效波高,因此GF-3卫星的发射将有利于提高全球海浪的遥感观测水平。     

海上船只目标多角度成像技术

将斜视滑动聚束合成孔径雷达(SAR)应用于海上船只目标的成像。利用斜视角的变化,斜视滑动聚束SAR可高频次地得到同一船只在不同斜视角下的多幅高分辨率微波图像,有利于船只目标的分类与识别。将斜视滑动聚束SAR高效成像算法与船只目标逆合成孔径雷达(ISAR)重聚焦算法相结合,针对计算机仿真数据开展了成像处理实验,取得了较好的成像效果,验证了斜视滑动聚束SAR应用于船只目标成像时可高频次地获得多幅高分辨率图像的独特优势。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

ASAR波模式数据反演参数误差与海浪条纹清晰度的相关性分析

欧洲环境卫星-高级合成孔径雷达(EnvironmentalSatellite-AdvancedSyntheticAperture Radar,Envisat-ASAR)波模式数据提供了全球风、浪要素信息,在海浪模式预报与同化方面有重要作用。该数据合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)图像普遍存在海浪条纹清晰度不同的现象,但是否影响数据精度尚无定论。本文通过比较2010年NODC (the National Oceanographic Date Center)浮标观测数据和波模式数据,发现经过官方修正后的海浪参数反而具有更大误差。进而通过对比不同条纹清晰度的SAR图像反演参数误差,揭示了ASAR产品海浪参数与浮标测量值之间的误差与海浪条纹清晰度的关系。结果表明:海浪条纹清晰的SAR图像的主波波长和主波周期的反演误差更小,而条纹不清晰SAR图像的有效波高和风速的反演误差更小。通过分析海浪参数对海浪条纹清晰度的敏感性,证实了有效波高和方位向截断波长对SAR图像条纹清晰度的响应最好,波陡次之,与卫星飞行方位角和入射角无关。因此,在反演和修正SAR波模式数据时,考虑图像的条纹清晰度,将会有效提高反演数据的精度。该研究可为高分三号等卫星的波模式数据波浪要素反演精度的提升提供有价值的参考。     

X-波段船用雷达观测海洋动力环境要素仿真研究

为了评估X-波段船载雷达观测海浪和海流参数的能力.基于随机海浪理论和雷达几何成像原理模拟了不同调制影响的X-波段船用雷达图像序列,介绍了估算海浪参数和海流参数的算法,对影响雷达观测海流和海浪有关因素进行了分析.同时在雷达图像中加入了随机高斯白噪声,并通过数值方法验证了雷达图像的信噪比开方和有效波高之间的线性关系.数值模拟结果说明X-波段船用雷达能够有效地估算海浪和海流参数,且带有不同噪声水平的雷达系统应具有不同的定标系数.     

对ENVISAT ASAR level2算法固有误差的分析

欧洲空间局的ENVISAT ASAR level 2算法是从合成孔径雷达(SAR)单视复图像反演涌浪方向谱的算法.该算法假设双峰海浪谱的SAR图像交叉谱是涌浪的图像交叉谱和风浪的图像交叉谱之和.实际上双峰海浪谱的SAR图像交叉谱中还有一个混合项,正是该混合项导致ENVI-SAT ASAR level 2算法有固有误差.利用遥感仿真的方法分析了不同海况条件下该算法的这一固有误差,结果表明,只有在有效波高较小、或风浪的成分较少、或双峰海浪的传播方向较靠近SAR距离向、或波长较长时固有误差才较小,ENVISAT ASAR level 2算法对海浪谱的反演才较为适用.     

基于深度学习的海浪SAR图像分类

针对海浪场中合成孔径雷达(SAR)图像的灰度特征混杂、人工目视分类困难的问题,本文利用简化的Inception-ResNet-V2模型与注意力机制相结合的方法,在减少网络层数、加快运算效率的同时,大幅度提升了计算机对SAR图像中海浪条纹清晰度的识别准确率。在利用模型进行图像分类时,本文提出分块识别的方式,对各块分类概率结果进行累加后取概率最大的类别,可提升1.8%的识别准确率,使最终准确率达到了89.6%。最后,本文基于深度学习结合12 000幅分类样本实现了总计5万幅ASAR图像的分类研究,获得条纹清晰组11 069幅、中间组16 560幅和不清晰组22 371幅分类图像。     

营口市海水浴场资源环境容量分析

营口市位于辽宁省的中南部,面对渤海的辽东湾,背依鞍山市平原丘陵,东邻辽东崇山峻岭,西接盘锦市沿海平原,有辽河蜿蜒人海,海岸线绵延曲折。由于受海洋、河流的影响．营口市四季分明,气候宜人,蕴藏着丰富的滨海旅游资源,海蚀景观、地质珍迹、人文景观等资源各显异彩;尤其是海水浴场,条件极为优越,与国际上一流的海水浴场相比．毫不逊色,在某些特征上还稍胜一筹。     

A method of estimation of the results of reconstruction of the trajectories of drifting buoys

A method for the estimation of the results of reconstruction of the trajectories of drifting buoys is proposed. It is based on the comparison of the estimates of power spectral densities for the components of current velocity computed according to three data sets: the data set of the coordinates of a drifting buoy with a built-in GPS receiver, the data set of coordinates formed on the basis of the first set but with data missing and observational errors corresponding to the actual trajectory measurements by the Argos satellite location and data collection system by the Doppler method, and the data set of coordinates obtained as a result of interpolation of the second set. As an example, we consider the procedure of realization of the proposed method and demonstrate the efficiency of its application for the improvement of the reliability of reconstruction of the trajectories of drifting buoys.     

Estimates of fishery potentials of the EEZ of India

An attempt has been made to estimate the fishery potentials of the EEZ of India on the basis of data on primary and secondary production. The total column primary production and zooplankton production have been calculated to be 265·9 and 9 million tonnes of carbon per year, respectively. From these values the fishery potential has been estimated as 2·5 million tonnes per year. To this, if we add the estimated demersal fish catch, being 1·2 million tonnes per year, the total potential yield comes to 3·7 million tonnes per year. Since the present average total catch is about 1·6 million tonnes in a year, the fish catch could be doubled.     

韩国的海岸带综合管理

1992年，联合国21世纪议程提出了综合管理的概念，并认为它是海岸管理的最重要目标，而海岸管理的目的就是改进业已存在的管理实践的效率和效果。在21世纪议程的实施过程中，沿海国家面临着巨大的困难，即：为了使综合管理在实践中具有可操作性而建立适合的政府机构。韩国正是在国家范围和次一级区域进行这项工作的实验场所。这项工作的最重要成就是在1996年成立了具有综合协调各涉海部门职能的韩国海洋事务与渔业部（MOMAF）。这篇文章的内容主要来自于这些观察，即韩国政府为建立海岸带综合机制而进行了各种努力，特别是1992年联合国环发大会召开后到1997年初海洋事务与渔业部成立了海岸带管理处这段时间里开展的各种工作，文章重点在于评价在建立海岸带综合机制的过程中综合的概念是如何被应用并被挑战的。文章提出了在东亚地区沿海国家开展合作的可能区域的建议。     

天然气水合物地球化学特征

天然气水合物是在低温、高压以及有足够气体供应条件下形成的一种天然气(主要为甲烷)与水组成的似冰状固态化合物。天然气水合物中包含的甲烷碳是全球甲烷资源的重要组成部分,是一种数量巨大的潜在能源[1]。而且由于甲烷的温室效应,天然气水合物分解释放的甲烷进入大气中会严重     

海鸟系列CTD数据预处理分析

介绍了海鸟系列温盐深测量仪(CTD)原始数据预处理的方法和步骤,解释各个过程中的原理,根据规范和工作实际对处理过程中存在的问题进行分析,提出解决方案,针对资料的标准化提出建议和意见。     

A model of the dynamics of the ecosystem of the Sea of Azov

We use many-year archival observations of hydrologic and hydrobiologic state of the Sea of Azov for the identification of the structure of a model of its ecosystem. The ecosystem model, supplemented with expert estimates of bioresource consumption (fish reserve), contamination level, and possible ecologic fines for violation of the sea natural state, is formalized by the method of system dynamics. Hereat, the major part of influence functions is found in terms of observational data with application of self-organization algorithms. We also present the results of simulated experiments with the model of the ecosystem, which enable us to analyse scenarios of its behaviour under the influence of various external factors (wind, river discharge, water exchange with the Black Sea, etc.). Translated by Peter V. Malyshev and Dmitry V. Malyshev     

Analysis of photographic images of the structure of the surface of the sea near a speck of light

Values of root mean square slope ₀ and its variations -₀ are estimated using the brightness field of an image of the surface of the sea near a speck of light. When ₀ and -₀ are defined it is highly important to take into account direct as well as dissipated solar radiation.The space-time analysis of the structure of the image brightness field is performed. This gives an opportunity to estimate dispersion relationship and the running effect of a brightness contrast packet. Comparison of the parameters obtained with the theoretical dispersion ratio of internal waves (IW) allows one to make a conclusion that IW surface manifestations are recorded in a frame.UDK 551.463.5     

Generation of long waves in a basin of variable depth in the process of formation of a region of perturbations of atmospheric pressure

We perform the numerical analysis of the long-wave response of the free surface of a fluid in a basin of variable depth to the formation of an anomaly of the baric field for a finite period of time. In numerical experiments, we use the distribution of depths typical of the south coast of the Crimea. We also study the dependence of the dynamics of the sea level in the zone of the baric anomaly and in the shelf zone on the space and time scales of local changes in the field of atmospheric pressure in the open part of the basin. Translated by Peter V. Malyshev and Dmitry V. Malyshev