弱流场调制下的海面微波散射模拟研究

根据海面微波散射的多尺度模型以及波流相互作用理论,对一维弱流场调制下的海面微波散射截面进行了数值模拟。结果表明,利用数值方法直接求解波作用量方程获得的海浪调制谱并结合多尺度模型可以较好地模拟弱流场引起的雷达散射截面的变化。内波等海洋现象调制了海浪谱,使得雷达散射截面反映出这些海洋特征,整个调制过程的模拟对于分析这些海洋现象并更好地利用其雷达数据具有重要意义。     

海洋水文多参数测量仪确定主波向的方法和应用

海洋水文多参数测量仪是南海海洋研究所新研制的一种可以同步测量海流、波浪、潮位、水温、电导率的仪器,利用同步观测压力和矢量流速估计海面方向谱的方法（PUV方法）可以计算得到海面方向谱,进而求得主波向。利用该仪器现场实测数据与荷兰MARKⅡ型“波浪骑士”方向浮标观测资料进行对比分析,表明两者的主波向吻合性好。     

水下运动源内波尾迹海面作用量谱扰动分析

应用作用量守恒理论,对二维作用量谱平衡方程的波流作用机理及源(汇)函数进行分析,并对水下运动源内波尾迹在自由面(水面)形成的辐聚和辐射流场引起的作用量谱扰动进行了数值仿真,模拟出不同的配置条件下作用量谱扰动可能存在的"不对称性"。根据海面微波散射及雷达海面成像理论及作用量谱扰动的数值仿真结果,认为内波尾迹雷达散射的不对称可能是源自于作用量谱扰动的"不对称性"。     

我国内波研究取得新进展

海洋内波是在海洋内部密度不均匀水层间发生的一种波动。内波像海面波浪一样常在。只要海水密度稳定分层。再有扰动源存在,内波就会产生。内波与表面波浪虽都是液体波动,但有根本不同。空气与水的密度差有好几百倍,表面波受重力影响大,因此不易形成大浪,振幅10米以上的大浪极少见。但海洋内部海水密度     

机载海洋波谱仪回波数据处理方法研究

海洋波谱仪机载飞行试验通过对星载天线进行宽波束等效,能够测量海面后向散射系数,进而反演波浪谱及波浪参数。利用该系统在黄海中部进行飞行试验,对小入射角下波浪测量数据进行处理和分析,采用后向投影积分校正载机运动和天线旋转引起的越距离单元徙动,采用交叉谱方法降低斑点噪声,实现小海况下波浪谱反演,结果表明海洋波谱仪测量得到的波浪谱、有效波高、主波长、主波向等波浪参数与浮标、卫星同步测量吻合较好。     

基于鲁棒光流算法的海表流场遥感观测研究

海洋表面流场是海洋科学研究中需要着重考虑的环境参数,近实时的海洋表面流场精细化测量对海洋学研究有着重要意义,但是目前大多数海洋表面流场观测技术难以同步实现大范围近实时的海洋表面流场观测。文中在简要对比各类海洋表面流场测量方法的基础上,重点介绍了基于水色遥感图像观测反演海洋表面流场的鲁棒光流算法,该算法在流场计算过程中,能很好地保留流场细节信息。为直观验证本文测量方法的可靠性,文中提供了海洋表面流场的分析实例,同时给出了美国国家航空航天局(NASA)提供的OSCAR流场数据,对文中算法的可靠性进行了验证。     

海面之上法中海面反射率和观测几何模拟研究

测量离水辐亮度的水面之上测量方法中最大的不确定性因素是太阳耀斑的污染和海面反射率的估算。文章根据Cox和Munk研究结果,利用大量随机数模拟海面波浪倾斜,估算不同仪器观测方向与风矢量几何以及不同仪器视场角下的海面反射率,并估算出不同太阳天顶角及相对风矢量方位角的太阳耀斑基本分布。     

海洋魔鬼——内波

1963年4月10日,美国“长尾鲨”号核潜艇,在距马萨诸塞州沿岸350千米处失事,艇上129人无一生还。那么谁是制造这场灾难的元凶呢? 它就是被人们称作“水下魔鬼”的内波! 凡见过海上风暴的人,一定不会忘记那凶猛的波涛、滔天的巨浪,但隐匿在海水内部的狂涛巨浪就鲜为人知了,因为它是看不见的波浪——内波。内波比海面波浪要大得多,一二十米高的内波还不算什么,超过1 00米也不称奇,在菲律宾苏禄海就测到过90米高的内波,在比斯开湾深层水中发现过振幅200米的内波。内波是怎样产生的呢? 我们知道,在海洋表面发生的波浪,它的波动最大值是在海面,并且随深度增加而减小,到达一定的程度就会消失。海面上的波浪,实际上就是出现在空气和海水这两层不同密度的流体分界面上的波动。当海水密度上下分布不均匀时,尤其是在海水出现上轻下重两层,在外力扰动下就会在两层海水的分界面上出现波动现象,于是就产生了内波。     

南海内波研究前沿与热点

内波为发生在层结海洋内部的亚中尺度波动,是物理海洋学研究,特别是海洋混合及能量级串研究,不可或的缺环节。孤立内波的突发性巨大冲击能量可对水下航行和工程设施构成灾难性威胁,实现实时监测与预报海洋内波具有重大现实意义。南海是全球海洋中超强内波多发海区之一。长期现场观测表明,吕宋海峡以西海域内孤立波振幅高达150～200 m,且终年发生。因此,南海是目前海洋内孤立波观测与研究热点海域。本文以2015年至2021年间发表的论文为依据,评述南海内波研究新进展,认为7 a来研究成果取得质的提升。第一,实现了由卫星为主要手段2D观测到以卫星与潜标同步3D观测为主要手段的提升。由此催生出振幅240 m超强内孤立波、中尺度涡对内波的调制作用、重现周期23 h内孤立波、浅海内孤立波裂变现象、深海盆内波及动能级串等创新成果。第二,研究区开始呈现向中部深海盆扩展趋势。迄今为止,南海内波观测与研究集中在吕宋海峡以西和北部陆架,现已出现向中部深海盆扩展趋势。第三,海洋探测高新技术应用于南海内波观测与研究,取得了突破性成果。由卫星高度计沿轨海面高度场二维平面波分解技术得出的南海M2内潮辐射图,解决了多年争论不休的南...     

南海北部陆架区内波的演变与耗散机制

海洋是多尺度强迫-耗散系统,机械能主要在大尺度输入,在小尺度耗散。在大、中尺度运动的能量向小尺度湍流传递过程中,内波扮演着重要角色。内波的生成和破碎可打破海洋动力平衡,而在陆架区,内波（主要是内孤立波）的浅化演变与耗散则是驱动湍流混合的关键过程。通过长期的理论、观测与数值模拟研究,目前已认识到内波浅化过程中主要发生如下演变：波形调制、极性转变、裂变、破碎与耗散。相较于直接发生破碎,浅化演变过程中的裂变及其引发的剪切不稳定和对流不稳定是内孤立波在陆架区的主要耗散机制,显著调制陆架区的跃层混合。从能量串级的角度讲,内孤立波浅化裂变为动力不稳定的高频内波是潮能串级的重要通道。本文简要回顾南海北部陆架区内波的研究历史,并着重总结内波在陆架区演变与耗散机制的研究进展。     

流场调制下的海面对全极化雷达双站散射的影响研究

从波作用量守恒方程出发,在积分方程模型的基础上,通过特征线法对守恒方程进行求解,推导建立了受波流调制的海面雷达双站散射模型,进行了受流场调制下的海面上半空间散射系数的仿真,分析了全极化下双站散射系数受流速变化的影响,以及风场与雷达参数(雷达波频率、雷达波入射角)对流场调制作用的影响。结果表明,随着流速的增大,海面后向散射空间半球区域的散射系数逐渐减小,在前向散射空间半球区域中,交叉极化下的散射系数变化较为明显。风速的增大和风向与流向的夹角增大会导致流场调制所引起的散射系数变化减弱。入射角变化会导致调制作用最明显区域的散射角度改变。随着频率的增大,流场调制作用增大。     

基于辐射传输模型的GOCI晨昏时段数据的可用性分析

GOCI作为首颗静止轨道海洋水色卫星搭载的地球同步海色成像仪,每日获取8个时相的海表观测数据,成为监测晨昏时段海洋现象的重要遥感数据源.GOCI高频次连续观测的数据已广泛用于海面流场反演、水色要素日变化分析等近海应用.针对目前GOCI数据验证与质量评价较少涉及晨昏时段数据,本文基于GOCI传感器参数,利用OSOAA、H...     

调制Stokes波列长期演化过程中的熵值分析

深水Stokes波列的不稳定调制演化与实际海面的瞬变性、波浪破碎、畸形波等海洋现象密切相关,且波列在长期演化的过程中,演化特性会随着时间尺度的增加而改变,前人的研究多是针对其空间分布特性,对于波列内部能量的分布和变化趋势尚不清楚,因此引入熵的概念用于描述调制Stokes波列长期演化过程中任意时刻波浪场中不同频率波浪能量分布的均匀性。通过高阶谱方法数值模型,模拟了不同初始波陡条件下调制Stokes波列波数谱熵值的长期演化,给出不同阶段初始波陡和熵的关系,并将稳定状态熵值及谱形与典型海浪谱进行对比分析,发现调制Stokes波列长期演化的波数谱熵值和谱形均趋向实测JONSWAP谱,表明其经过长期演化发展,谱变宽变连续,波场内的能量分布趋向均匀并保持动态的平衡,同时也更加趋近于真实海浪。     

高海况海洋遥感信息提取技术研究进展

中等海况下,星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)已经广泛应用于海洋动力环境要素的监测(风场、波浪、流场)。近年来,SAR高海况遥感,尤其是探测台风海面风场、巨浪、流场已经成为国内外研究热点,并突破了一些关键技术。利用SAR多极化成像模式对海观测和新发展的地球物理模式函数,可以提取高海况下的海面风速、风向、有效波高、流速和流向等海洋表面关键物理参数。这些环境要素可以用于海洋灾害监测预警;为海洋和大气数值模式提供准确的初始场和同化源,改进模式预报精度;为研究全球气候变化提供有力的观测依据。     

基于多源遥感数据的日本海内波特征研究

日本海特殊的地理位置和复杂的地形使得该海域内波表征极为复杂,遥感是大范围观测内波的有效手段,已被广泛应用于内波的探测研究。本文利用MODIS、GF-1和ENVISAT ASAR遥感影像,开展了日本海内波特征研究。通过提取内波波峰线,生成了日本海内波空间分布图;获取了内波的波峰线长度和传播速度,并基于非线性薛定谔方程反演了内波振幅。研究结果表明,日本海内波分布范围宽广,不仅大陆架沿海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量内波;日本海北部45°N附近海域有少量内波出现,利用高分影像探测到朝鲜陆架浅海区有大量小尺度内波,大和海盆、大和隆起的西南部海域没有发现内波。日本海内波波峰线长达100多千米,深海区的传播速度大于1 m/s;浅海区内波振幅约10 m左右,深海区可达60 m以上。     

X波段雷达近岸影像波谱分析

X波段岸基雷达作为一种新颖的海况遥感观测方式,可直接观测到实时的海况信息。通过对雷达影像的分析,能够获得海面上的波浪场。由于波浪在近岸的折射、浅化变形等原因,观测到的雷达影像场为近岸非均匀波浪场,在一定程度上限制了传统影像分析方法——傅里叶变换的应用。针对波浪的近岸非均匀性,将二维小波变换应用于雷达影像分析,子影像中6个空间点的波数谱显示:影像中的波浪非均匀性显著,主能量的波数呈现明显的增加趋势。二维小波变换应用到X波段雷达近岸影像处理中,可较好体现近岸波浪的非均匀性。     

当前海洋波浪测量的技术特点和实测分析

全面地比较和总结了当前包括压力式测波、声学式测波、浮标式测波和遥测式测波在内的几种主要的海洋波浪测量方法的技术特点;对相应类型的典型代表型号的仪器主要技术指标进行了对比;对不同类型测量方法及其对应的仪器的具体适用环境给出了分析和建议。实际结合了ADCP,AWAC,Wave Duo测波浮球等几种海洋波浪测量仪器于2014年12月在江苏省南通市近海相近区域的同步实测数据,对这几种仪器的海洋波浪测量的响应和过程特征进行了对比和分析,这对相关的海洋波浪测量技术和对应的测波仪器设备特点也是一个很好的验证。     

随机波浪下斯托克司漂移速度是否引起水面漂移物离散的研究

漂浮于自由水面的污染物的的迁移、扩散会受到天然随机海浪的影响。之前的研究（以Herterich和Hasselmann（1982）为代表）普遍认为,随机波浪作用下的斯托克司漂移速度会引起水面污染物的离散,这个离散甚至有可能跟风和海流引起的离散同一量级。本研究就随机波浪作用下的斯托克司漂移速度是否会引起水面漂移物的离散进行理论和试验探讨。从理论推导可知,随机波浪下的质量输移速度是个定常分量,因此它不会随时间变化而引起水面漂移物的离散。随后我们在实验室水槽中进行了漂移物在随机波浪（P-M谱）作用下的漂移过程的测量。试验结果也印证了随机波浪作用下的斯托克司漂移速度不会引起水面漂移物离散的结论。     

机载多普勒散射计海风海流联合反演研究

多普勒散射计能够获取海面后向散射系数和多普勒频移,从而实现海面风场和海表流场的同步观测。本文基于机载多普勒散射计的观测数据,对多普勒散射计海面风场和海表流场联合反演模型进行研究,并与风场流场独立反演结果进行对比。结果表明,联合反演的流场精度显著优于独立反演结果;然而以欧洲中期天气预报中心的海面风场为参考时,联合反演风场的精度略低于独立反演结果。这说明多普勒频移信息对海面风场反演的贡献不太显著,但雷达后向散射系数信息（即风场）对流场反演有积极的作用,通过联合反演算法能够更有效地消除海面风场对流场反演的影响。研究结果有助于进一步理解海面风场和海表流场反演时的相互影响,并为星载多普勒散射计的数据处理提供了参考。     

基于10 米浮标载体的锚链式剖面观测系统实践之一——自容式采集方式

为了对我国近海海域进行剖面观测,获取到多层位水体的多要素观测数据,尝试依托中国近海海洋观测研究网络东海站10 m浮标系统的锚系,采用在锚系上挂载自容式组合传感器方式,获取到8个观测周期共412 d的有效剖面观测数据,观测层位分布于10,20,30 m 3个水层;通过结合浮标获取的表层温度数据与3个水层的对比分析表明,锚链式剖面观测方案在实用性和可推广性方面具有显著优势,是基于海面浮标载体进行剖面观测的有益尝试,可在我国构建的海洋浮标观测网络上进行广泛应用,将为我国近海海洋科学研究提供弥足珍贵的水面-水体全序列系统观测数据资料,从而为近海海洋科学研究取得突破性进展提供重要的数据支撑。