三种经典夜间陆地雾遥感反演方法的适用性对比分析

相较于地面站点观测,卫星可以监测更大范围的夜间雾区分布,目前虽然已存在几种经典的夜间陆地雾遥感反演算法,然而其在我国大范围陆上的适用性尚不清楚。基于葵花8号(Himawari-8)静止气象卫星数据,分别利用双通道差值法、温度差值法及归一化大雾指数法反演了我国2016年1月—2018年12月的夜间陆地雾区,并用地面观测资料以鉴定成功评分、准确率、判识率和误判率为指标参数对雾区反演结果进行验证分析,讨论了三种反演方法的适用性。结果显示:1)三种夜间陆地雾反演方法在秋季和冬季反演效果最好,其中温度差值法的鉴定成功评分高、准确率高、误判率低,反演效果最好,双通道差值法的判识率高、误判率高,反演效果次之,归一化大雾指数法效果最差。2)三种方法对夜间陆地雾的反演在秋季和冬季的最佳适用区域略有不同,但都倾向于在平原和盆地达到最佳效果,如华北平原、长江中下游平原和四川盆地。3)两次雾过程的反演结果显示,温度差值法和双通道差值法对平原地区夜间雾的识别能力均较强,在具体雾过程反演中各有优势。     

东海夏季跃层深度计算方法的比较

基于31°N和PN断面高分辨率的温度、盐度和密度(CTD)资料,分别选取1992,1998和2001年东海夏季长江径流量偏小、偏大和正常的3个年份,运用4种跃层计算方法计算了2个断面的温跃层和密度跃层上界的深度。计算结果与实际跃层上界深度比较发现,在3种不同条件下,采用垂向梯度法计算的东海夏季跃层上界深度,无论在浅海海区还是深海海区均较为理想。长江径流量偏小和正常的年份,在东海的浅海海区(水深<200m)运用S-T法计算的跃层上界深度与垂向梯度法的结果比较一致,都与实际跃层深度符合较好。在具有高分辨率资料的情况下,垂向梯度法是4种方法中计算东海夏季跃层上界深度的最佳方法。在缺乏高分辨率资料且长江径流量不大时,夏季东海浅海海区也可以运用S-T法计算温跃层和密度跃层上界深度。     

用于反演不等点距重力资料经预调整的压缩质面法

本文提出的反演重力资料的方法，基核心内容仍是压缩质面法，就是将用于逼近地质体的二维方柱体近似地表示为压缩质面，使矩阵分析方法得到实际应用，但是，现方法对原方法的许多方面作了改进，已适用于不等点距的重力资料的反演，使收敛加快，并大大提高了计算精度。     

炮集域压制海水鸣震的τ-p变换法

利用Radon变换压制多次波的传统做法一般都是先进行叠加速度分析,然后在CMP道集上做相应滤波处理.实际资料处理中,带有多次波的速度分析难以准确地提取速度,进而造成多次波压制的效果不够理想.有别于传统的做法,本文提出的方法通过对炮集记录进行同相轴重排,运用变换域自适应切除的τ-p变换(线性Radon变换)滤波,实现了直接在炮集记录中压制海水鸣震.实际资料处理表明,该方法对于海水鸣震多次波压制是一种行之有效的方法.     

星湖水动力条件及水质模型的研究Ⅱ.水质模型

根据星湖的湖泊特征和水污染特点，建立了包括NH4^ N、NO2^-N、NO3^-N、CBOD、DO多元耦合氧平衡模型、P平衡模型以及Cho.a^-P关系统计模型。模型中的参数采用实验法、经验公式法以及利用实测率定等方法进行估值。经实测资料验证，模型精度达到基本要求，可应用于星湖水质管理的实际工作之中。     

BPF法在海图基准面计算中的应用

为了船只航行安全，在海图上所标的水深一般并非指平均海面到海底的距离(平均水深)，而是从低于平均海面的某一个面到海底的距离，这个面叫做海图基准面。基准面的确定并无统一的方法，国际上只有一个原则的规定，即实际海面应当可能但很少可能低于它。这样规定既避免了在海图上给出过分浅的水深数值，又可保证航行的安全。 但世界海洋国家在实际确定基准面深度时方法很不统一，甚至有些并不甚符合上述原则。我国历史上曾采用过国外的许多种方法，十分混乱。五十年代以来曾采用弗拉基米尔斯基方法，但这种方法计算手续相当麻烦，效果有时也不够理想。这里我们将提出一种以 BPF 法为基础的计算海图基准面方法，并将由此得出的面叫做“近最低潮面”。此法计算较简便，用实测资料检验表明，所得结果较为合理。     

基于SVI方法的折射波信噪比改善效果研究

折射波在地震勘探中有非常重要的作用,但由于近地表噪声等因素影响,折射波在地震记录上往往能量较弱,信噪比较低。因此,Bharadwaj、Mallinson等提出了超虚拟折射干涉法(Supervirtual refraction interferometry-SVI),用于提高折射波的信噪比。在此基础上,结合正演模拟数据和实际资料,对该方法的抗噪性以及相关叠加道数、褶积叠加道数等因素对处理效果的影响进行了研究,结果表明,对于信噪比0.2的资料,在满足一定相关叠加道数和褶积叠加道数时,使用本方法后能使信噪比得到显著增强。     

基于DMSP/OLS夜光遥感的山东半岛城市经济参量时空模拟分析

夜间灯光亮度与夜间人类活动程度具有密切的关系,夜间灯光遥感数据能够在一定程度上反映地区社会经济发展现状。文中基于2000-2012年21期DMSP/OLS夜间灯光数据对山东半岛蓝色经济区社会经济参量开展研究分析。首先,利用夜光总量统计方法和标准差椭圆法分别在时间和空间上对研究区夜间灯光亮度进行分析;其次,分别构建夜间灯光与GDP等4种社会经济参量的线性回归模型,进行相关性的分析;最后,采用GDP等2种社会经济参量对研究区进行时空模拟分析。结果表明:夜光数据与地区的社会经济参量具有明显的线性相关性,能够在时间和空间上客观地反映地区城市经济的发展现状和空间分布特征。     

闽南沿海地区不同日观测次数大气稳定的对比

本文通过地处闽南沿海地区崇武气候站不同日观测次数大气稳定度的对比分析表明：采用８个时次和４个时次观测记录所统计的稳定度频数,误差较小（与２４个时次比较,下同）,对重要结论无大影响,能够较准确地描述大气稳定度的状况和特征;而采用３个时次观测资料分析,其误差大,甚至导致相反的结果,实际应用时必须慎重。     

极化滤波

极化滤波是基于波的偏振特性的空间滤波方法，是波偏振研究和多波资料解释的基本工作之一。本文论及四种极化滤波方法，其中前两种滤波方法是以采样点为单位，从一对采样值中获得偏振参数，从而完成极化滤波的方法，具有精度高的特点。     

主检测深线系统误差的探测与实现

针对海道测量中测深成果系统误差的评价问题，介绍了一种利用主、检测深线测深数据探测系统误差的方法，以实现测深中系统误差的科学评估。     

海洋测量交叉点误差分析(二):系统误差模型的选择

首先对海洋测量交叉点误差分析中系统误差分析进行了回顾,指出系统误差分析是一个模型选择和模型参数估计的双重问题,而传统方法中大多仅涉及了后者而忽略了前者。然后对常用的三种模型选择方法,即假设检验、交叉检核、基于信息论的方法,进行了分析和比较,指出后者更具优越性。最后对以Akaike信息量准则为核心的基于信息论的模型选择方法进行了介绍,给出了Akaike信息量准则的计算公式,比较了同其他模型选择方法的关系,并介绍了基于该准则的模型平均方法和模型选择不确定性评估方法。     

基于小波分析的海洋磁力测量数据调差方法

针对传统测线网平差法在测区检查线数据缺失或测线网不规则布设时,测线系统差难以调整的问题,研究了基于小波多尺度分析的海洋磁力测量资料调差方法,利用小波多分辨率分析的功能,从低频真实磁异常信息中分离出相对高频的测线系统差,并讨论了小波分解阶数的选择对调差效果的影响。仿真分析表明,当二维小波分解阶数为1,一维分解阶数为4时,调差效果最好,分离出的测线系统差与仿真误差差值的均方差仅为0.29nT,均值仅为-0.35nT,验证了小波多尺度分析法用于海洋磁力测量数据调差的可行性。     

IGDR数据用于高度计定标先期计算的可行性

针对拟开展的Jason-3卫星高度计定标试验,分析了利用IGDR数据先期计算定标结果的可行性。介绍了基于GPS浮标的直接绝对定标方法,设计了IGDR数据用于定标计算的可行性评估方法,利用经过全球4大定标站海域的数据比较了IGDR、GDR数据计算定标结果的差异。结果表明:通过两种数据计算的定标结果之间没有明显的系统性偏差,其差异的不确定性约为1cm;相对于传统定标站GDR定标结果 3cm量级的标准差,该不确定性对于定标结果的一致性影响不大,在定标试验中可使用IGDR先期进行定标计算。     

Inferred variables in data assimilation: quantifying sensitivity to inaccurate error statistics

The ability of data assimilation systems to infer unobserved variables has brought major benefits to atmospheric and oceanographic sciences. Information is transferred from observations to unobserved variables in two ways: through the temporal evolution of the predictive equations (either a forecast model or its adjoint) or through an error covariance matrix (or a parametrized approximation to the error covariance). Here, it is found that high frequency information tends to flow through the former route, low frequency through the latter. It is also noted that using the Kalman Filter analysis to estimate the correlation between the observed and unobserved variables can lead to a biased result because of an error correlation: this error correlation is absent when the Kalman Smoother is used.     

Variational data analysis with control of the forecast bias

We propose a methodology for the treatment of the systematic model error in variational data assimilation. The principle of the method is to add a systematic error correction term in the model equations and to include it in the variational assimilation control vector.
This method is applied to a simplified ocean circulation model in an identical twin experiment framework. It shows a noticeable improvement compared to the result of a classical variational assimilation scheme in which the systematic error is not corrected. The estimated systematic error correction term is sufficiently consistent with that needed by the model that it allows improvements not just to the analysis, but also during the forecast phase.     

定位浮标在波浪中的动态响应

定位浮标是为满足水下蛙人部队定位要求而设计的。定位浮标的升沉和横摇运动对海水中换能器阵的水声定位精度影响较大，而使定位浮标产生这两种振荡的主要激励源是波浪。在不考虑流和风对浮标作用的前提下，以规则波作为激励源，研究了定位浮标在波浪激励下的两种运动模型，然后用计算机对横摇和升沉运动模型进行了仿真，最后从运动模型出发提出了减少浮标振幅的有效办法，这对定位浮标结构设计有重要意义。     

The Regional Ocean Modeling System (ROMS) 4-dimensional variational data assimilation systems: Part II - Performance and application to the California Current System

The Regional Ocean Modeling System (ROMS) 4-dimensional variational (4D-Var) data assimilation systems have been systematically applied to the mesoscale circulation environment of the California Current to demonstrate the performance and practical utility of the various components of ROMS 4D-Var. In particular, we present a comparison of three approaches to 4D-Var, namely: the primal formulation of the incremental strong constraint approach; the dual formulation “physical-space statistical analysis system”; and the dual formulation indirect representer approach. In agreement with theoretical considerations all three approaches converge to the same ocean circulation estimate when using the same observations and prior information. However, the rate of convergence of the dual formulation was found to be inferior to that of the primal formulation. Other aspects of the 4D-Var performance that relate to the use of multiple outer-loops, preconditioning, and the weak constraint are also explored. A systematic evaluation of the impact of the various components of the 4D-Var control vector (i.e. the initial conditions, surface forcing and open boundary conditions) is also presented. It is shown that correcting for uncertainties in the model initial conditions exerts the largest influence on the ability of the model to fit the available observations. Various important diagnostics of 4D-Var are also examined, including estimates of the posterior error, the information content of the observation array, and innovation-based consistency checks on the prior error assumptions. Using these diagnostic tools, we find that more than 90% of the observations assimilated into the model provide redundant information. This is a symptom of the large percentage of satellite data that are used and to some extent the nature of the data processing employed. This is the second in a series of three papers describing the ROMS 4D-Var systems.     

珠江口外走航ADCP资料的系统误差订正与质量控制

在对珠江口外2006年冬季航次走航ADCP观测资料处理中发现用Joyce的方法不能有效地订正系统误差,其原因在于订正角与航速、船艏向相关。给出了一个订正角为船艏向余弦的拟合函数,得出良好的订正结果。分析了VmDas软件处理流速结果的精度,给出了系统误差识别的方法。发现观测资料中一些不能为VmDas软件识别的错误数据,分析了海况对观测资料的影响,提出了观测资料质量控制与误差订正的一套程序。     

Reducing systematic errors by empirically correcting model errors

A methodology for the correction of systematic errors in a simplified atmospheric general‐circulation model is proposed. First, a method for estimating initial tendency model errors is developed, based on a 4‐dimensional variational assimilation of a long‐analysed dataset of observations in a simple quasi‐geostrophic baroclinic model. Then, a time variable potential vorticity source term is added as a forcing to the same model, in order to parameterize subgrid‐scale processes and unrepresented physical phenomena. This forcing term consists in a (large‐scale) flow dependent parametrization of the initial tendency model error computed by the variational assimilation. The flow dependency is given by an analogues technique which relies on the analysis dataset. Such empirical driving causes a substantial improvement of the model climatology, reducing its systematic error and improving its high frequency variability. Low‐frequency variability is also more realistic and the model shows a better reproduction of Euro‐Atlantic weather regimes. A link between the large‐scale flow and the model error is found only in the Euro‐Atlantic sector, other mechanisms being probably the origin of model error in other areas of the globe.