基于C-2PO模型和CMOD5.N地球物理模式函数的SAR风速反演性能评估

本文选取142幅RADARSAT-2全极化合成孔径雷达（SAR）影像，在没有入射角输入的情况下，首先利用C-2PO模型进行海面风速反演。随后，将同一时空下的ASCAT散射计风向作为初始风向，提取相应雷达入射角，利用地球物理模式函数（GMF） CMOD5.N对142幅SAR影像进行风速计算。反演结果与美国国家资料浮标中心海洋浮标风速数据对比，结果显示:CMOD5.N GMF和C-2PO模型均可反演出较高精确度的海面风速，其均方根误差分别为1.68 m/s和1.74 m/s。此外，研究发现，在低风速段，CMOD5.N GMF的风速反演精度要明显优于C-2PO模型。针对这一现象，本文以SAR系统成像机理为基础，以低风速SAR图像为具体案例，给出了3种造成这一现象的原因。     

台风“灿鸿”影响下海浪的数值模拟研究

台风是影响中国黄东海的强天气现象，其引起的强风、巨浪和台风增水严重威胁着沿海地区人民的生命与财产安全。本文以海浪模式SWAN（Simulating Waves Nearshore）与区域海洋模式ROMS（Regional Ocean Modeling System）为基础，构建了中国黄东海海域在201509号台风“灿鸿”影响下的海浪-海洋耦合模式。通过浮标与Jason-2高度计有效波高数据验证了模式结果的准确性。进行了敏感性实验分析，对比耦合（ROMS+SWAN）与非耦合（SWAN）下以及使用不同地形数据（ETOPO1、ETOPO2、GEBCO）、不同物理参数化方案（风能输入、白冠耗散、底摩擦耗散）下的模拟结果差异。结果发现在射阳与前三岛浮标处，使用GEBCO地形数据（15弧秒间隔）下的模拟效果更好且稳定。在空间分布上，台风中心附近的浪流相互作用显著，在其前进方向右侧表现为耦合的有效波高值低于非耦合有效波高值，差值最高可达1米。选择不同风输入与耗散项方案时的模拟差异主要发生在最大波高处，选择不同的风能输入与白冠耗散项方案带来的差异接近0.4米，而底摩擦项方案选择不同带来的差异接近1米。因而在模拟实际的海况时，需要综合考虑这些因素带来的影响，才能达到SWAN海浪模型最好的海浪模拟效果。     

海洋热浪多时间尺度变化特征与机理

在系统梳理国内外海洋热浪相关研究文献的基础上,本文综述了海洋热浪季节、年际和年代际变化特征与长期变化趋势及其形成机理的主要研究进展。已有的研究表明：(1)由于夏季海洋混合层深度较浅,海表温度对海面加热过程更敏感,导致海洋热浪多发生于夏季且强度最强,冬季则相反。复杂的局地海洋与大气强迫也使得海洋热浪的季节变化具有显著的区域性特征。(2)海洋热浪的年际变化主要受厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度洋偶极子（IOD）等年际尺度海气耦合模态的影响,其中ENSO对海洋热浪的影响最为显著,其影响范围覆盖了全球大部分海域,IOD的影响主要集中在热带印度洋和热带太平洋,北大西洋涛动和大西洋纬向模态主要影响区域分别位于北大西洋和非洲西岸近海。(3)年代际太平洋涛动、太平洋十年涛动等低频气候波动对太平洋、热带大西洋以及东南印度洋海洋热浪的年代际变化具有重要作用。(4)海洋热浪长期变化趋势主要受人类活动的影响。全球气候模式的结果表明,在RCP8.5情景下,到2100年海洋热浪的强度将是RCP4.5的2倍,并且全球大部分海洋将陷入“永久性”的海洋热浪状态。最后,本文讨论了海洋热浪研究一些亟待解决的重要科学问题...     

HY-2A卫星高度计不同重跟踪方案对反演海浪有效波高的影响

本文基于Amarouche的二阶理论回波模型,导出了带有偏度系数的二阶理论回波模型;针对HY-2A卫星高度计波形特点,引入了奇异值分解滤波,并根据最大似然估计算法反演参数的不同得到6种重跟踪方案;利用其中的五参数方案处理该波形数据,获得海面散射点高度概率密度函数中偏度的合理取值为0.15;将结果分别与浮标、Jason-1和HY-2AIDR有效波高对比,分析6种方案反演有效波高的准确度,确定了MLE4_SVD(波形重跟踪之前进行滤波)对HY-2A高度计重跟踪更适合反演有效波高。     

基于合成孔径雷达遥感的北极海冰总形变率分析

基于RADARSAT地球物理处理器系统(RGPS)的北极海冰运动散度、旋度和剪切产品,本文计算了北极海冰总形变率,给出了所有RGPS产品时空覆盖范围的总形变率空间分布和时间平均总形变率大于0.01d-1的概率分布。结果表明:对整个RGPS数据库而言(时间跨度从1996年11月至2008年4月),平均总形变率为0.020 4d-1,总形变率大于0.01d-1的数据样本为总样本的45.89%。总形变率高值主要分布在近岸海域,靠近北极点附近的总形变率相对较小。北极海冰总形变率随季节变化,夏季平均总形变率及总形变率大于0.01d-1发生概率要比冬季大,其中,夏季总形变率大于0.01d-1发生概率为59%,而冬季要比夏季低18%。其可能机制主要是,夏季北极地区温度升高,形成海冰融化-破碎-更易融化-更易破碎的放大效果,导致北极海冰总形变率变大。     

Repair wind field in oil contaminated areas with SAR images

In this paper,we compared the normalized radar cross section in the cases of oil spill,biogenic slicks,and clean sea areas with image samples made from 11-pixel NRCS average,and determined their thresholds of the NRCS of the synthetic aperture radar. The results show that the thresholds of oil and biogenic slicks exhibit good consistency with the corresponding synthetic aperture radar images. In addition,we used the normalized radar cross section of clean water from adjacent patches of oil or biogenic slicks areas to replace that of oil or biogenic slicks areas,and retrieve wind field by CMOD5.n and compare wind velocity mending of oil and biogenic slicks areas with Weather Research and Forecasting modeled data,from which the root mean squares of wind speed(wind direction) inversion are 0.89 m/s(20.26°) and 0.88 m/s(7.07°),respectively. Therefore,after the occurrence of oil spill or biogenic slicks,the real wind field could be repaired using the method we introduced in this paper. We believe that this method could improve the accuracy in assessment of a real wind field on medium and small scales at sea,and enhance effectively the monitoring works on similar oil or biogenic slicks incidents at sea surface.     

A new model to estimate significant wave heights with ERS-1/2 scatterometer data

A new model is proposed to estimate the significant wave heights with ERS-1/2 scatterometer data. The results show that the relationship between wave parameters and radar backscattering cross section is similar to that between wind and the radar backscattering cross section. Therefore, the relationship between significant wave height and the radar backscattering cross section is established with a neural network algorithm, which is, if the average wave period is ≤7s, the root mean square of significant wave...     

基于Radon 变换获取东沙群岛附近 三个内孤立波的传播速度

由于大振幅非线性内波对东沙群岛附近的海上石油平台具有很大的破坏性,已有多名学者对该海域的非线性内波的 传播波速进行了研究。主要根据2009 年6 月24 日15 时40 分至25 日16 时40 分“科学一号”考察船在东沙岛东北部陆架 上K106 站进行的长达25 h的X波段雷达、温度链、ADCP 同步观测数据,在该海域利用Radon 变换技术获取了本次观测到 的内孤立波的传播速度。利用孤立波到达前30 min的ADCP流速值,计算得到内波传播方向上的背景流大小为0.04 m/s。最终 得出6月24 日22时30 分时的内孤立波传播速度为3.04 m/s,传播方向约为297毅;6 月25 日8 时30 分的内孤立波传播速度 为2.73 m/s,传播方向约为289毅;6 月25 日12 时内孤立波的传播速度为2.59 m/s,传播方向约为283毅。第一个孤立波与后 两个孤立波,在振幅和速度大小上存在明显不同,其生成机制也可能不同。     

背景流和混合层深度对内波表面信号的影响

主要利用Lamb 模式进行了四个数值敏感实验, 研究了背景流、混合层深度对南海东北部内波表面信号强度的影响, 并用MASCG 指标(表层流梯度绝对值的最大值)进行了量化。研究结果表明: 同向背景流能增强内波表面流梯度, 逆向背景流则反之。混合层深度对内波表面信号影响很大, 深的混合层能弱化内波表面信号强度。内波表面信号的量化依赖于海洋环境条件和内波动力参数, 本实验结论将加深对内波遥感观测的理解。     

海-气二氧化碳交换速度影响因子的定量估计

影响海-气二氧化碳（CO₂）交换速度的多种因子已经讨论了很多年,但对各种因子的贡献却很少进行定量估计。为了更好地了解海-气交换的机制,我们讨论了不同因子对海-气交换速度的影响,并对描述海-气交换现象的各种参数化模型进行了分类和比较。然后,基于GAS EX-98和ASGAMAGE数据,我们评估了风速模型,并使用分段平均法定量地讨论了一些因子的影响,包括泡沫,波浪,风等,并考虑了它们之间的相互作用。我们发现,海-气CO₂交换速度不仅仅是风速的函数,也会受到泡沫,波浪参数和其他因素的影响。我们使用了逐步回归法和线性回归法。当考虑风速,泡沫媒介和显著波高时,均方根误差由34.53 cm·h^-1减少到16.96 cm·h^-1。定量地讨论各种因子,对于将来评估大空间尺度和长时间序列的海-气CO₂通量和全球变化是有用的。