利用卫星观测海面信息反演三维温度场

基于历史观测的温盐剖面资料,采用回归分析方法统计出海面温度异常、海面动力高度异常与温度剖面异常之间的相关关系;然后利用高分辨率的卫星遥感海表面温度(SST)和卫星观测海面高度(SSH)信息重构了三维海洋温度场。在台湾岛周边海域建立了时间分辨率为天、空间分辨率为0.25°×0.25°的三维温度分析场。通过与实测资料的比较分析,文章所构建的分析场能够较好地描述海洋三维温度场的结构特征,能够较为真实地反映海洋的中尺度变化过程。该分析场可以作为海洋数值模式的初始场,也可以作为伪观测同化到海洋数值再分析和预报系统中,进而改善三维温、盐、流的数值再分析和预报。     

海洋遥感卫星发展历程与趋势展望

海洋是对地观测卫星的重要领域,在对地观测卫星中就具有专门用于海洋观测的海洋遥感卫星。海洋遥感卫星是一种利用所搭载的遥感器对海面进行光学或微波探测来获取有关海洋水色和海洋动力环境信息的卫星。海洋卫星有效弥补了传统海洋观测手段的不足,基于多种遥感器连续对海洋的观测,使人类极大的加深了对海洋的认识,在海洋灾害的防灾减灾、资源开发、海洋维权、海洋生态和环境保护等诸多领域发挥着重要作用。本文在详细梳理西方主要航天大国海洋遥感卫星(包括了对地观测卫星中具有海洋观测功能的卫星)的发展历程,在此基础上对未来海洋遥感卫星的发展趋势进行了论述,可为我国海洋遥感卫星的发展提供技术发展参考。     

地球辐射收支的卫星观测与世界气候研究

一、ERB卫星观测的历史和现状 地球-大气系统(下简称地气系统)与宇宙空间的辐射能交换是影响地球气候演变和异常的决定因子,所以地球辐射收支(ERB)历来是气象学家十分关注的问题。在人类利用人造地球卫星观测地球环境的最初阶段,就考虑到了利用卫星上的传感器观测地球辐射收支的问题。人类第一颗用于气象观测目的人造卫星——探险者7号(Explorer-7)装载了用于ERB观测的仪器——威斯康星半球型黑白传感辐射计,用于观测直接太阳辐射通量、地球和大气反射的短波太阳辐射及地球和大气的放射长波辐射。在其后的实验气象卫星(TIROS系列卫星)、NOAA第一代极轨业务卫星(ESSA系列卫星),NOAA第二代极轨业务卫星(ITOS/NOAA系列卫星)、NOAA第三代极轨业务卫星(TIROS-N/NOAA系列卫星)、NOAA地球静止气象卫星(GOES系列卫星),以及 NASA(国家宇航局)的试验卫星——NIMBUS(雨云)系列卫星上先后装载了各式各样的专门用于或可用于ERB观测的仪器。     

中国海及邻近海域卫星观测资料同化试验

利用1个基于POMgcs海洋模式和多重网格三维变分同化方法建立的中国海及邻近海域海面高与三维温盐流数值预报模型,通过一系列数值试验,研究了同化卫星测高和卫星遥感海面温度观测资料对该模型预报能力的影响。试验结果表明,同化卫星测高资料可明显改善海面高度与三维温度和盐度的分析预报效果,使1 200 m以上的温度预报误差减小0.16℃,并能有效提高对海洋中尺度现象的预报能力;同化卫星遥感海面温度对100 m以上的温度和盐度的预报效果有所改善,可使海面温度的预报误差减小10%。     

多源数据推求的西太平洋区域海面动力地形比较分析

简述利用空间大地测量观测数据和海洋水文数据推求海面动力地形的方法。基于EGM96重力场模型和卫星重力恢复的重力场模型GL04C,联合卫星测高平均海面高模型分别推算西太平洋海域的平均海面动力地形,并与根据海洋水文数据推算之结果进行比较分析。结果表明:卫星重力场模型GL04C更好地表现了海面地形的细节特征。卫星重力和卫星测高的联合应用将成为确定海面动力地形的有效途径之一。     

国外海洋科技信息十则

21世纪,人类将利用海洋卫星遥感技术、设备先进的现代化调查船和水声技术,对海洋从高空-海面-海底进行全方位的立体式观测和监测。90年代以来,世界发射海洋卫星已达10多颗。一项包括中国在内的20多个国家合作攻关计划——“了解我们的星球”,预计在2000年～2001年还将发射10来颗与海洋有关的卫星。     

美国宇航局专用遥感卫星数据产品的存档与分发

在卫星遥感领域,美国宇航局(NASA)除致力于地球观测系统的多传感器、多学科、多门类综合观测地球的计划实施外,还积极推行专用地球探测卫星计划。这些专用遥感卫星是NASA探测地球计划的一个重要组成部分。 1 宽视场海洋观测传感器(Sea WIFS) SeaWIFS的目的是用于全球海洋水色测量,是海岸带水色扫描仪(CZCS)的后续。SeaWIFS将由轨道科学协会(OSC)发射。其数据卖给NASA。     

海洋观测数据的卫星传输链路—以Iridium传输链路应用分析为例

为了使全球性的海洋观测数据能够及时、可靠、准确地接收,介绍了基于卫星网络海洋观测数据传输链路的组成,对卫星传输链路的3个组成部分进行详细说明,包括:Iridium,Argos,Inmarsat和中国北斗四种卫星网络系统及比较分析,各卫星网络对应发送终端的分类分析以及陆地接收系统数据下载方式的比较分析。以Iridium网络系统为例,建设可实现全球覆盖的海洋观测数据卫星传输链路,完成现场观测数据的实时回传,为海洋观测数据卫星传输链路的建设提供示范,对比PSTN和M2M两种数据下载方式,通过实验分析,结果表明该海洋观测数据的卫星传输链路具备可行性和可靠性,可以进行业务化运行。     

基于POMgcs模式中国海及邻近海域三维温盐流数值预报海面温度的检验分析

对基于POMgcs海洋模式建立中国海及邻近海域三维温盐流数值预报系统的海面温度产品,进行检验分析。利用2011年预报的月平均海面温度数据同卫星观测的月平均海面温度资料相比较,发现三维温盐流数值预报系统预报偏高。此外,分别利用2011年GTS海洋观测海面温度数据和2012年2、3、4月份卫星融合海面温度数据,与该系统海面温度预报逐日产品进行检验分析。检验结果表明:预报精度随着预报时效逐渐降低;预报海面温度高于观测值1℃~2℃。     

HY-2A卫星雷达高度计海面高度测量分析与评估

HY-2A卫星是我国首颗自主海洋动力环境卫星，已连续运行6年多。卫星上搭载的主载荷雷达高度计能够实现全天候、全天时全球海面高度、有效波高和海面风速的观测，这些观测数据已经广泛用于海洋防灾减灾、资源开发和海上安全等领域。为了全面了解HY-2A卫星雷达高度计多年来的整体观测性能，本文选取了2012年10月26日至2017年8月27日间的全部观测数据IGDR产品进行综合评价。通过自交叉和与Jason-2互交叉两种手段对HY-2A卫星雷达高度计测高能力进行评估。计算HY-2A升降轨自交叉点的测高不符值，发现HY-2A卫星雷达高度计在近全球海域内、升降轨高度异常差小于30cm的限制条件下，平均绝对高度误差为5.81cm，高度异常标准差为7.76cm；限制观测区域为南北纬60°范围内、海面高度异常升降轨交叉点处的差小于10cm的情况下，平均绝对误差可达3.95cm，海面高度异常标准差达4.76cm。通过和Jason-2卫星的互交叉，发现在南北纬66°范围内，交叉点高度异常差小于30cm的情况下，HY-2A和Jason-2的海面高度异常平均绝对误差为5.86cm，标准差为7.52cm，如果在该海域内将海面高度异常差限制在10cm内，平均绝对误差和标准差分别达到4.19cm和4.98cm。HY-2A卫星雷达高度计已经达到国际同类卫星雷达高度计测高水平，可以满足海洋科学研究、海洋环流反演等的需求。     

基于SMOS卫星数据的海表面盐度模型

海表面盐度是研究海洋对全球气候影响以及大洋环流的重要参量之一,而卫星遥感技术是获取海表面盐度数据的最有效方法.目前,L波段的SMOS和Aquarius/SAC-D遥感卫星正在用于探测海表面盐度,并根据卫星观测数据和物理机制反演出海表面盐度的产品.但在某些近陆地区域,由于淡水流入及陆地射频(RFI)等因素影响,卫星反演盐度的产品精度较低.文中利用“东方红2号”科学考察船的实测数据、SMOS卫星数据,首次针对中国南海海域提出了用贝叶斯网络模型计算海表面盐度,并用验证数据集(实测Argo盐度)对模型进行适应性评估.经过计算,模型误差和验证误差分别为0.47 psu和0.45 psu,而相应的SMOS Level 2产品的精度分别为1.90 psu和1.82 psu.此模型为海表面盐度的计算提供了一个新方法.     

利用GPS拖体在万山区域测量平均海面技术研究

Wanshan area has been chosen to be the specified field to calibrate and validate(Cal/Val) the HY-2 altimeter and its follow-on satellites. In March 2018, an experiment has been conducted to determine the sea surface height(SSH) under the HY-2 A ground track(Pass No. 203). A GPS towing-body(GPS-TB) was designed to measure the SSH covering an area of about 6 km×28 km wide centered on the HY-2 A altimeter satellite ground track. Three GPS reference stations, one tide gauge and a GPS buoy were placed in the research area, in order to process and resolve the kinematic solution and check the precision of the GPS-TB respectively. All the GPS data were calculated by the GAMIT/GLOBK software and TRACK module. The sea surface was determined by the GPS-TB solution and the tide gauge placed on Zhiwan Island. Then the sea surface of this area was interpolated by Arc GIS10.2 with ordinary Kriging method. The results showed that the precision of the GPS-TB is about 1.10 cm compared with the tide gauge placed nearby, which has an equivalent precision with the GPS buoy. The interpolated sea surface has a bias of –1.5–4.0 cm with standard deviation of 0.2–2.4 cm compared with the checking line. The gradient of the measured sea surface is about 1.62 cm/km along the HY-2 orbit which shows a good agreement compared with the CLS11 mean sea surface(MSS). In the Cal/Val of satellites, the sea surface between the tide gauge/GPS buoy and the footprint of altimeter can be improved by this work.     

星载SAR对雨团催生海面风场的观测研究

雨团或对流雨是热带与亚热带地区的主要降雨形式,较易被高分辨率星载合成孔径雷达（SAR）探测到。SAR图像上的雨团足印是由大气中雨滴的散射与吸收、下沉气流等共同导致形成的。本文以RADARSAT-2卫星100 m分辨率的SAR图像上雨团引起的海面风场及其结构反演与解译作为实例进行分析。使用CMOD4地球物理模式函数,分别以NCEP再分析数据、欧洲MetOp-A卫星先进散射计（ASCAT）和中国HY-2卫星微波散射计的风向为外部风向,进行了SAR图像的海面风场反演。反演的海面风速相对于NCEP、ASCAT和HY-2的均方根误差（RMSE）分别为1.48 m/s,1.64 m/s和2.14 m/s。SAR图像上一侧明亮另一侧昏暗的圆形信号图斑被解译为雨团携带的下沉气流对海面风场（海面粗糙度）的改变所致。平行于海面背景风场其通过雨团圆形足印中心的剖面上的风速变化可拟合为正弦或余弦曲线,其拟合线性相关系数均不低于0.80。背景风场的风速大小、雨团引起的风速大小以及雨团足印的直径可利用拟合曲线获得,雨团足印的直径大小一般为数千米或数十千米,本文的8例个例解译与分析均验证了该结论。     

Upper ocean responses to category 5 typhoon Megi in the western north Pacific

Category 5 typhoon Megi was the most intense typhoon in 2010 of the world. It lingered in the South China Sea (SCS) for 5 d and caused a significant phytoplankton bloom detected by the satellite image. In this study, the authors investigated the ocean biological and physical responses to typhoon Megi by using chlorophylla (chla) concentration, sea surface temperature (SST), sea surface height anomaly (SSHA), sea surface wind measurements derived from different satellites and in situ data. The chla concentration (>3 mg/m³) increased thirty times in the SCS after the typhoon passage in comparison with the mean level of October averaged from 2002 to 2009. With the relationship of wind stress curl and upwelling, the authors found that the speed of upwelling was over ten times during typhoon than pretyphoon period. Moreover, the mixed layer deepened about 20 m. These reveal that the enhancement of chla concentration was triggered by strong vertical mixing and upwelling. Along the track of typhoon, the maximum sea surface cooling (6-8℃) took place in the SCS where the moving speed of typhoon was only 1.4-2.8 m/s and the mixed layer depth was about 20 m in pretyphoon period. However, the SST drop at the east of the Philippines is only 1-2℃ where the translation speed of typhoon was 5.5-6.9 m/s and the mixed layer depth was about 40 m in pretyphoon period. So the extent of the SST drop was probably due to the moving speed of typhoon and the depth of the mixed layer. In addition, the region with the largest decline of the sea surface height anomaly can indicate the location where the maximum cooling occurs.     

中国海洋卫星遥感应用进展

我国海洋遥感应用自20世纪70年代起步以来，取得了长足发展，构建了覆盖海洋水色、海洋动力和海洋监视监测的三大系列海洋卫星，并初步形成了具有优势互补的卫星海洋遥感业务化应用体系。本文回顾了我国海洋卫星遥感应用取得的重要进展，重点介绍了卫星遥感在海洋环境与资源监测、海洋灾害监测、海洋权益维护、海洋环境预报与安全保障等方面所构建的典型应用示范系统，以及开展的典型业务化监测应用。最后，文章对我国海洋卫星遥感应用下一步发展进行了展望分析。     

智利外海竹筴鱼中心渔场时空变动的初步研究

根据2005年3～12月14艘中国渔船在智利外海的竹筴鱼生产统计数据和卫星遥感反演的海表温度、叶绿素浓度,分析智利外海竹筴鱼中心渔场的时空变动以及渔场与环境因子的关系.结果表明,随着南半球秋季转入冬季,竹筴鱼中心渔场相应地由南向北、由东向西推移,10月份渔场达到最北端,春末夏初开始南撤;智利外海竹筴鱼渔场的表层水温大致为12～16℃,中心渔场为14～15℃,月间略有差异;渔场的叶绿素质量浓度大致为0.06～0.12 mg/m~3,当渔场的叶绿素质量浓度处于0.08～0.10 mg/m~3时,渔船作业频次和竹筴鱼产量最高.     

日本海西南海域现场观测和卫星高度计获取的海面高度距平的比较研究

压力传感逆式回声仪(pressure-sensor-equipped inverted echo sounders,PIES)可以用来测量海底压力和声波从海底到海面的传播时间。海底压力和声波传播时间分别被用来估计水体质量变化(正压)和比容变化(斜压)对海面高度距平的贡献。对由PIES在日本海西南海域现场观测数据得到的海面高度距平(PIES SLA)与卫星高度计海面高度距平(Sat SLA)进行了比较研究。利用相关分析法,对PIES SLA和沿轨T/P卫星、沿轨ERS-2卫星测得的海面高度距平(TP SLA、ERS-2 SLA)进行了比较;对PIES SLA和AVISO网格化海面高度距平进行了比较,估计可能的误差来源,并分析PIES SLA正压部分和斜压部分对SLA的贡献。比较发现,PIES SLA和Sat SLA的相关系数较高,且均方根误差较小,并且对特定区域和特定站点产生误差可能的原因进行了进一步的探讨。通过研究,有以下结论:(1)相对于湾流和黑潮地区,这一区域正压部分对海面高度的贡献相对较大;(2)如果再考虑斜压变化对海面高度的贡献,PIES SLA和Sat SLA相关系数会有所提升;(3)在高能区PIES SLA和Sat SLA相关系数较高,符合得相对比较好。总的来说,在日本海地区,PIES SLA和Sat SLA相关系数较高,具有较高的一致性,能为我国海洋二号(HY-2)等卫星高度计的校验提供一种可靠的方式。该研究对于PIES的研发和设计以及对于PIES的布放位置的选择都有一定的借鉴意义。     

Observational study of super typhoon Meranti (2016) using satellite,surface drifter,Argo float and reanalysis data

The present work describes the basic features of super typhoon Meranti(2016) by multiple data sources. We mainly focus on the upper ocean response to Meranti using multiplatform satellites, in situ surface drifter and Argo floats, and compare the results with the widely used idealized wind vortex model and reanalysis datasets.The pre-existing meso-scale eddy provided a favor underlying surface boundary condition and also modulated the upper ocean response to Meranti. Results show that the maximum sea surface cooling was 2.0℃ after Meranti.The satellite surface wind failed to capture the core structure of Meranti as the idealized wind vortex model deduced. According to the observation of sea surface drifters, the near-inertial currents were significantly enhanced during the passage of Meranti. The temperature and salinity profiles from Argo floats revealed both the mixed-layer extension and subsurface upwelling induced by Meranti. The comparison results show that the sea surface temperature and surface wind in the reanalysis datasets differs from those in remote sensing system. Sea surface cooling is similar in both satellite and in situ observation, and sea surface salinity response has a lower correlation with the precipitation rate.     

The Role of Laser Ranging for Calibrating Jason-1: The Corsica Tracking Campaign

The French Transportable Laser Ranging System (FTLRS), a highly transportable Satellite Laser Ranging (SLR) instrument, was set up in Corsica (from January to September 2002) for participating to the JASON-1 altimeter verification phase. In addition to the tracking of oceanographic satellite missions and in order to perform an accurate positioning, the FTLRS also acquired laser ranging data on geodetic satellites, STARLETTE and STELLA essentially.

The paper describes the analysis strategy mainly based on the use of a short-arc orbit technique to compute accurate 1 cm local orbits, and then the geocentric positioning (2-3 mm relative to GPS). Finally, we established the JASON-1 absolute calibration value, based on 9 SLR short-arcs (between cycles 1 and 26), at 108.2 ± 8.7 mm; the 10-day repeatability is of 26.1 mm showing that a great accuracy has been reached.     

SMAP卫星海表盐度产品精度评定与全球海表盐度特征分析

海表盐度是研究海洋变化及其气候效应重要的物理量。本文将2018年SMAP卫星的月均、日均海表盐度产品分别与Argo月均网格化产品、实时散点盐度数据进行比较,评定其精度,并分析全球海表盐度分布特征。结果表明：SMAP卫星月均产品RMSE为0.17,BIAS为0.11,STD为0.17,R为0.98,t检验呈显著相关;SMAP卫星日均产品RMSE为0.28,BIAS为0.23,STD为0.26,R为0.81,相较月均产品,精度较低。SMAP卫星月均产品偏差在中纬度海域较小,在高纬度海域较大;SMAP卫星日均产品偏差在太平洋海域为-0.6~0.6,在地中海海域超过1.0。全球海表盐度在25.0~40.0之间,沿纬度方向呈带状分布,其中大西洋海表盐度普遍高于太平洋和印度洋。