卫星遥感海表温度资料和高度计资料的变分同化

利用国家气候中心正在发展的第二代全球海洋资料同化系统(BCC_GODAS2.0),针对多变量同化的协调性问题,发展了一种基于三维变分框架(3DVAR)下的高度计和海表温度(SST)相互约束的同化方法。该方法使海面高度和SST资料在同一个动力约束关系下进行同化。在一般方法中,海面高度和SST观测项是代价函数中2个独立的观测项,海面高度项引入动力高度计算公式,海表温度项用统计关系进行垂向投影。在代价函数的实际求解的计算过程中,虽然其总体积分效应受海面高度观测的约束,但整个水柱中各层温盐分析变量的调整是无序的。针对这个问题,文章提出一种新的同化方案。该方案将SST的观测项并入海面高度观测项中,海面高度的一部分,确切说是上层海洋部分,由SST决定,因此至少在SST的统计关系能影响到深度的上层海洋,在代价函数的求解过程中,温盐的调整是受较强的统计关系约束的,而这种统计关系的有效性已经在很多SST的同化试验中被其他学者广泛应用并证明。利用该方法,对1993—1997年的AVHRR卫星遥感海表温度资料进行变分同化试验,用TAO、OISST和SODA数据集进行检验证明,通过对卫星遥感资料的同化能够有效改进对海洋温度和盐度的估...     

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℃。     

国家海洋局第二海洋研究所风云极轨卫星地面接收站建成

国家海洋局第二海洋研究所于1988年5月建立的一套风云极轨卫星地面接收系统。该系统可接收我国“风云一号”卫星(尤其是其中的海洋通道)资料,兼容接收美国正在运行的TIROS-NOOA系列卫星资料。接收的信息是高分辨率图像传输(HRPT),其中包括AVHRR五个通道的数字图像,图像分1024个灰度等级,地面分辩率为1.1km,扫描覆盖的地面宽度为2800km。该系统对每颗星每昼夜能接收4—6次。     

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%。     

NOAA/AVHRR卫星海表温度在西北太平洋的印证及分析

本文详细分析了TeraScan系统反演NOAA/AVHRR卫星海表温度的过程,解决了反演过程中的海陆匹配问题和云检测过程中的误检、漏检问题,处理得到2002年(5°～45°N)、(105°～150°E)区域内的卫星海表温度数据.利用东北亚地区海洋观测系统NEAR-GOOS提供的现场海表温度数据做比较,印证NOAA/AVHRR海表温度在西北太平洋海域的精度,并分析其误差产生的来源.     

2004年苏门答腊地震前后海面高趋势的变化

利用苏门答腊附近海域T/P、Jason-1测高卫星近20年的海面高连续观测资料,分别计算了该区域(80°E~105°E,5°S~20°N)在2004年苏门答腊大地震前后的海面高变化趋势,并与该区域对应时间段GRACE重力卫星反演的地表质量迁移结果进行比较。研究结果表明,由卫星测高观测资料估算的震区地震前后海平面趋势的变化与卫星重力反演结果基本一致。由于卫星测高沿轨观测具有高精度、高时空分辨率的特性,卫星测高资料估算的海平面趋势变化可以更为准确地反映震区海平面变化的局部特征。还对该区域震后形变特征进行了初步分析。     

基于ROMS模式的南海SST与SSH四维变分同化研究

卫星遥感观测获得了大量高分辨率的海面实时信息，包括海面温度（SST）和海面高度（SSH）等，同化进入数值模式可有效提升模拟精度。本文基于ROMS模式与四维变分同化方法（4DVAR），使用AVHRR SST和AVISO SSH数据，开展了南海区域同化实验。为检验同化的效果，分别利用HYCOM再分析资料和Argo温盐实测数据分析了同化结果的海面高度、流场及温盐剖面的精度。对比结果表明，SST和SSH的同化能够改善ROMS的模拟结果:同化后海面高度场能够更为准确地捕捉海洋的中尺度特征，与HYCOM海面高度再分析资料相比，平均绝对偏差和均方根误差分别为0.054 m和0.066 m；与HYCOM 10 m层流场相比，东向与北向流速平均绝对偏差分别为0.12 m/s和0.11 m/s，相比未同化均提升约0.01 m/s；温盐同化结果与Argo温盐实测具有较高的一致性，温度和盐度平均绝对偏差为0.45℃、0.077，均方根误差为0.91℃、0.11，单个的温盐廓线对比说明，同化结果与HYCOM再分析资料精度相当。     

南海东北部冬季表面环流的卫星红外遥感观测研究

根据 1 989～ 1 993年美国 NOAA系列卫星 (NOAA- 1 1、 1 2 )经过南海上空时所获取的数幅较完整的 AVHRR传感器映像资料 ,并结合 1 992年 3月 8日～ 2 7日在南海东北部海域现场观测所获的 CTD资料 ,揭示并讨论了发生在该海域的一些物理海洋学现象。结果表明 ,利用卫星映像和现场观测资料来分析和研究南海中的物理海洋学问题有着较好的互补性。卫星映像产生的海面温度场的分布基本上反映了现场观测的结果。通过对两者的综合分析 ,给出了一幅南海东北部冬季表面环流的形势图     

卫星遥感海面温度的现状和未来

一、引 言 卫星遥感作为对海洋环境进行监视的有力工具已广泛应用于多种海洋环境要素和现象的监测之中。应用卫星遥感海面温度则是这些应用中比较早且比较成熟的一种。20多年来,用于海面温度测量的卫星遥感仪器已经得到了很大的改进和发展,卫星资料海面温度反演方法、和资料处理技术也有了很大的进步。卫星海面温度资料已广泛应用于海洋分析、研究和预报应用的许多领域。近年来,由于全球气候研究工作的广泛展开,对全球海面温度资料的要求变得更加迫切了,海面温度的卫星遥感也日益为人们所重视~([1],[2])。 目前,世界上拥有卫星监视地球及其大气环境的国家或者国际性组织已有美国、苏联、日本、印度和欧空局。这些卫星携带的可用于获取海面温度资料的遥感仪器很多,卫星资料海面温度反演方法各种各样,获得的海面温度的精度差别也很大。本文只选择一些能够代表当前海面温度的卫星遥感水平和未来发展趋势予以介绍。     

中国卫星海洋观测系统及其传感器(1988—2025)

全面收集1988—2025年中国地球观测卫星(和飞船)计划,包括历史的、运行中的和列入未来计划的。详细介绍风云卫星系列(FY-n)、海洋卫星系列(HY-n)、资源卫星系列(ZY-n)、环境卫星系列(HJ-n)、中国遥感卫星系列(CRS-n)、灾害监测星座/北京小卫星(DMC/BJ-1)、神舟飞船系列(SZ-n)和天宫空间站系列(TG-n)等8个卫星(和飞船、空间站)系列。这些卫星(和飞船、空间站)系列都提供对海洋的观测,从而构成中国卫星海洋观测系统。按装载的传感器分类,进而给出中国的海色、海表温度、海面高度、海面风场和合成孔径雷达(SAR)卫星观测系统。对中国海洋观测卫星与国际海洋观测卫星装载的传感器性能作了比较和讨论,指出差距。列出目前在轨运行的中国海洋卫星观测系统38个传感器及其类似的国外卫星传感器。     

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。     

基于HY-2 卫星观测分析南海风浪关系

海面有效波高(H1/3)是表征海浪的重要参数,随着卫星遥感技术的发展,雷达高度计已成为获取海面有效波高的重要手段,但也只能对卫星星下点轨迹处进行有效观测,远无法满足大范围应用的需求.本研究结合2013年10月HY-2雷达高度计观测的海面有效波高和微波散射计观测的海面风场资料,分别对高、低风速下风浪数据进行拟合,建立了适用于0~40 m/s风速范围内的南海海域风浪关系模型,经模型比对和结果验证,结果表明,基于HY-2卫星数据分析建立的南海海域风浪关系模型是可信的,特别是低风速的风浪模型与实测数据建立的风浪模型具有很好的一致性;根据建立的风浪关系模型,从卫星散射计大面观测的海面风场出发,能推算出风浪条件下海面有效波高的大面信息,数据覆盖远高于卫星高度计的星下点观测,能为分析和预报海浪、风暴潮灾害提供大范围的海面有效波高信息.     

台湾海峡及其邻近海域海面温度锋的卫星遥感观测

使用1989~2001年的NOAA AVHRR图像,研究了我国台湾海峡及其邻近海域的海面温度锋.卫星遥感观测表明,该海域海面温度锋终年存在,锋面沿50~100 m等深线分布,西段呈西南西-东北东走向,东段以舌状向北突出,长约470 km.给出了该海域海面温度锋的多年月平均、季平均和年平均特征值.统计结果显示,锋的平均强度、平均最大强度和平均宽度分别为0.147,0.281℃/km和15.15 km.锋的各种特征存在明显的季节和年际变化.锋的不稳定性普遍存在,沿锋面常形成半环状的锋波,使锋面呈半环状波动分布.锋波形成的时间尺度约为1~7 d,锋的波长约为35~133 km,年平均波长为63 km,波幅为25~70 km.锋面的波动向北东北方向传播,并存在锋面整体向北东北的平移现象.     

台湾海峡1989年初冬海面温度场和流系的卫星遥感初析

应用NOAA卫星AVHRR热红外遥感数据,通过计算机运算处理获得的海面温度专题图象,对台湾海峡及其邻近海域1989年初冬海面温度场及流系(黑潮、台湾暖流、浙闽沿岸流、南海暖流及台湾浅滩上升流)进行初步分析,利用卫星遥感手段佐证了过去用传统海面船测方法得出的一些结论,并获得了一些与过去有异的结果,得出1989年初冬浙闽沿岸流可达福建泉州湾和厦门港附近等结论,同时发现了该海域流系边界形成的几处波长在30～100km不等的切变波.     

南海海面风、浪场的EOF分析

在气候分析中常常借助自然正交展开方法分析气象要素的时空分布特征,而对于海洋研究,由于过去观测手段的限制,很难获得较长时间序列和较大空间系列的观测资料,因此像气候分析中常用的经验正交函数(EOF)方法在海洋要素的分析中较少使用.卫星遥感技术的发展为海洋学研究提供了丰富的空间分布均一、时间序列较长的观测资料.本文根据TOPEX/Poseidon(T/P)卫星高度计获得的海面风、浪信息,利用气候分析中常用的EOF分析方法,分析了南海海面风、浪场的时空模态特征.这一分析结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考.     

利用卫星遥感资料估算海面太阳辐照度的初步结果

本文在分析了若干由卫星信息提取地表的太阳辐照度物理模式的基础上,将１９９５年５月２６日的ＮＯＡＡ卫星ＡＶＨＲＲ资料经适当变换后,选用Ｈａｙ和Ｈａｎｓｏｎ模式估算并分析了黄渤海３５°～４０°Ｎ、１２０°～１２５°Ｅ海区的海面太阳辐照度值。文中指出,卫星测量可成为海面太阳辐照度观测的有效手段。建议：１）尽快在国内开展这方面的研究;２）应进行海洋实况测量（最好是卫星过境时同步进行）;３）建立从卫星资料提取我国海区海面辐照度的适用算法。     

VIIRS和AVHRR海表温度场空间精细度估算

对上层海洋次中尺度过程研究至关重要的卫星海表温度(Sea Surface Temperature, SST)场的空间精细度一直未受到足够重视。由于卫星SST产品反演噪声的影响和实测数据的缺乏等原因,目前对卫星SST场空间精细度的研究受到较大限制。本研究开发了一套估算卫星SST场空间精细度的方法,将Suomi National Polar-orbiting Partnership卫星Visible Infrared Imager Radiometer Suite(Suomi-NPP/VIIRS)和NOAA-15卫星Advanced Very High Resolution Radiometer(NOAA-15/AVHRR)Level-2 SST场的空间能量谱与长时间在同一航线反复观测的高空间分辨率实测海温数据的空间能量谱进行了比较。研究发现VIIRS SST场夜间沿扫描方向在1.5～50 km尺度对海表温度空间能量的分布特征和变化趋势描述准确,日变化导致VIIRS白天场次中尺度空间谱能量相对夜晚有所增加。AVHRR SST场空间谱能量在次中尺度相比VIIRS有较大升高。     

中国近海海面高度异常资料再处理

卫星海面高度异常产品再处理的研究多集中在欧洲和美国近海,中国近海尚未有过。在产生AVISO(Archiving Validation and Interpolation of Satellite Oceanographic Data)全球0.25°多颗卫星海面高度异常产品时,只用了1/3~1/2的部分沿轨资料,给区域海洋动力学研究造成了一定的限制。本研究尝试利用多颗卫星的所有沿轨资料及25个测潮站的观测资料,通过最优插值方法产生一份新的中国近海海面高度异常资料。新资料的空间分辨率仍为0.25°,但使用了来自3颗卫星(Jason-1、Jason-2、Cryo Sat-2)的所有沿轨资料及25个测潮站的观测资料。新资料的范围为10°S~50°N、90°~160°E。新资料与AVISO资料的对比分析表明新资料更接近沿轨海面高度异常观测,同时也更接近测潮站资料。与AVISO资料相比,新资料与沿轨海面高度异常观测的均方根误差降低了10.03%,与测潮站资料的均方根误差降低了9.6%。     

环境参数对L波段盐度计观测亮温的影响研究

星载海洋盐度计依据海表面盐度在微波波段的辐射特性,通过构建海面微波辐射探测器,利用海面辐射亮温、海表面粗糙度以及海面温度等信息反演得到海表面盐度,是实现全球海洋盐度观测的有效手段。构建合理的星载L波段盐度计辐射传输正演模型是准确定量反演海表盐度的基础,卫星盐度计观测亮温不仅与卫星固有参数有关,还与海洋、大气及空间因素密切相关。为了研究外界环境因素(海表盐度、温度、海面风场、海面气压、海表气温、大气水汽含量、降雨以及法拉第旋转角等)对盐度计观测亮温的影响,文中基于L波段盐度计辐射传输正演模型以及MPM93大气毫米波传播模型,通过敏感性分析,研究星载盐度计在不同环境条件下的参数敏感性,为减小外界因素对海表盐度反演精度的不利影响提供理论依据。     

两种卫星遥感海面温度数据的处理技术

论文首先通过从网上获取AVHRR的2001年海面温度月平均数据和WOA01的海面温度季度平均数据资料,然后利用fortran程序读取数据和初步处理数据,并利用matlab软件和surfer作图工具绘制了两组不同数据的等值线图,最后对图像进行了分析,对比两组海面温度分布图。