Geometric corrections on sidescan sonar images based on bathymetry. Application with SeaMARC II and Sea Beam data

Acoustic backscatter images of the seafloor obtained with sidescan sonar systems are displayed most often using a flat bottom assumption. Whenever this assumption is not valid, pixels are mapped incorrectly in the image frame, yielding distorted representations of the seafloor. Here, such distortions are corrected by using an appropriate representation of the relief, as measured by the sonar that collected the acoustic backscatter information. In addition, all spatial filtering operations required in the pixel relocation process take the sonar geometry into account. Examples of the process are provided by data collected in the Northeastern Pacific over Fieberling Guyot with the SeaMARC II bathymetric sidescan sonar system and the Sea Beam multibeam echo-sounder. The nearly complete (90%) Sea Beam bathymetry coverage of the Guyot serves as a reference to quantify the distortions found in the backscatter images and to evaluate the accuracy of the corrections performed with SeaMARC II bathymetry. As a byproduct, the processed SeaMARC II bathymetry and the Sea Beam bathymetry adapted to the SeaMARC II sonar geometry exhibit a 35m mean-square difference over the entire area surveyed.On leave at the Naval Research Laboratory, Code 7420, Washington D.C. 20375-5350.     

基于CUBE算法的多波束测深数据自动处理研究

对CUBE算法自动处理多波束测深数据的模型建立、格网节点的多重估计和最优估值选取准则进行了详细介绍,深入分析了多重估计的实用性,并通过实测数据对该算法进行实现.利用了抗差Kalman滤波改进CUBE算法.通过模拟数据对改进的CUBE算法进行实验,验证了算法改进的必要性.     

控制点与检查点数量和比例对水深遥感反演精度的影响分析

在水深遥感反演半经验模型中,水深控制点和检查点选取是一项非常重要的工作,前者用于建立实测水深值与遥感影像灰度值之间的数量关系,后者用于评价水深反演精度。但前人在相关研究中并未就控制点和检查点的选取数量和比例给出有实验依据的建议,亦未开展其对水深反演精度的影响分析。针对这个问题,作者使用6020个实测水深点和World View-2、GF-1 WFV、Landsat8 OLI 3种多光谱影像,基于三波段水深反演模型开展了81组实验,分析比较了不同数量和比例的控制点与检查点对反演结果的影响,评价过程利用平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、平均相对误差(Mean Relative Error,MRE)和反映实测水深与反演水深相关性的决定系数R2等3种参数。结果表明:(1)当控制点数量达到31个时,水深反演精度即趋于稳定;(2)检查点数量在30个时,其评价指标已可以代表模型反演精度;(3)控制点和检查点的数量比例对反演精度并无影响,但控制点选取过多则会产生反演精度降低的现象,采用人工选取检查点时剔除浅水区的异常点即可有效避免这一问题。     

基于C/S模式的海洋测深数据管理系统

随着海洋调查数据不断积累,如何对处于分散状态的数据进行有效的管理和整合,以提高数据利用效率和共享程度,成为“数字海洋”首先需要关心解决的问题.根据中国近海“数字海洋”信息基础框架构建的总体需求,按照“数字海底”“产品—航次—测线—点”的数据组织结构,设计开发海洋测深基础数据库.以此数据库为基础,开发数据标准化模块、数据...     

基于高空间分辨率遥感影像的水深反演有效性评估

卫星遥感反演水深（Satellite Derived Bathymetry, SDB）是获取浅海水深信息的有效手段。然而,其有效范围只限于光学浅水区域,在深水区域呈现“伪浅海”的失真现象。因此,如何准确识别SDB数据的有效范围对其广泛应用至关重要。本文基于高空间分辨率多光谱卫星影像,在深入分析深/浅水辐射亮度统计分布特征差异的基础上,提出一种数据驱动的水深反演有效性评价方法。该方法以卫星影像辐亮度信息的局域标准差作为特征,基于K-S检验方法对光学深水区域统计特征进行模型优选,并使用假设检验方法对深水无效区域对应的SDB进行识别。甘泉岛水域实验结果表明,该方法通过统计分布划分光学浅水与深水区域边界,可以有效识别光学深水区域产生的无效水深反演数据。在剔除无效区域数据后,光学浅水有效区域内水深反演平均绝对误差（MAE）为1.01,均方根误差（RMSE）为1.52。实验结果表明,本文提出的方法可准确识别SDB结果的有效区域,进而为浅海地形解译提供方法支撑。     

基于卫星数据改进计算白冠覆盖率的模型

本文基于白冠覆盖率的历史研究,总结了计算白冠覆盖率的参数化方案和海浪破碎统计模型,并分析比较其优缺点。通过结合基于卫星数据的参数化公式,利用最优拟合的方法,得到不同限制条件下模型中的系数C_en和n。通过分析考虑海浪破碎条件,确定了适用于一般海浪状况的系数值。通过比较白冠覆盖率的卫星数据和原始模型的模拟结果,可知改进后模型的结果更合理,同时与历史研究结论相符。文中还分析了从1998年到2008年十年平均的全球白冠覆盖率的季节性分布特征。在中高纬度海域,全年白冠覆盖率的值最大,而在低纬度和赤道海域,白冠覆盖率小于0.5%,全球白冠覆盖率的平均值大约为1% ~3%。北半球中高纬度海域的白冠覆盖率的季节性变化显著大于南半球。     

基于VIIRS数据的南黄海区域激光测深性能评估

机载激光测深技术因其特有的优势备受关注,但现阶段其探测能力有限,为解决其适用范围问题,本文利用VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)数据对南黄海区域的激光测深性能进行评估,首先利用外业实测数据和卫星影像反演南黄海区域的490 nm波段漫衰减系数,其次建立490 nm和532 nm波段漫衰减系数之间的线性关系,最后以CZMIL(Coastal Zone Mapping and Imaging LiDAR)系统为例评估了南黄海区域激光测深能力,并给出了江苏沿岸海域CZMIL系统的适用范围。研究结果表明:CZMIL系统在南黄海区域的最大测深能力范围为0.5~40 m;理论最低潮面时,江苏沿海海域CZMIL系统的适用范围约为4 700 km²。     

中太平洋海山区尖顶和平顶海山结壳成矿与分布的比对研究

尖顶海山和平顶海山是洋底海山的两种类型,同时也是富钴结壳资源赖以成长的主要载体,两者在地形上具有显著差别,资源状况和分布也不尽一致。以地形分类为基础,就中太平洋海山区两类海山结壳的成矿特征、宏微观构造、矿物和化学组成以及空间分布等进行了比对研究。研究认为,尖顶海山体积虽小,但地形演化连续,底层流及环境氧化性较强,有利于结壳的长期稳定生长,结壳厚度总体较大,富成矿元素和生物组分,远景成矿区域连续绵长。平顶海山山体巨大,顶部和斜坡陡崖区不利于结壳成长,底流活动只在山顶边缘和山脊地带表现突出,环境氧化性整体较弱,后期构造活动相对频繁,结壳总体厚度较小,铁,碎屑和热液组分含量较高,远景矿区相对狭窄。     

海温观测资料的三维时空分布和偏度特征研究

利用包含Argo和WOD05的历史现场观测数据集,分析研究了全球历史海温观测的三维时宅分布特征,并对观测数据的偏度特征进行研究.研究结果表明:1)海温观测数据在全球许多海域(特别是南大洋和北冰洋)较为稀少,大多数观测集中在北欧沿海、北美的东西部沿海和西北太平洋区域以及其他少数区域;北半球观测数据明显多于南半球;2)海温具有明显的非对称性分布特征,其非正态分布和有偏现象是一个全球的普遍现象,且随着海区和深度而变化;非正态分布网格数量在任意给定的深度层次上占总网格数的比率超过80%:3)海温观测在各水平层次总体上具有正偏的特性,但在黑潮、湾流、南极绕极流等区域呈现出负偏的特征;具有正偏分布特征的区域网格数量占全球网格总数的比例随着深度的增加而增加,至600 m时达到75%左右.     

全球海洋大气柱水汽含量遥感融合数据产品生成

本研究利用国际在轨SSMIS、WindSat、AMSR-E、ASMR2和国产HY-2A微波辐射计多源遥感大气柱水汽含量观测数据,基于最优插值算法,生成了2003-2015年全球海洋每日0.25°高分辨率的大气柱水汽含量多源遥感融合产品,以及2012-2015年未使用HY-2A微波辐射计数据的全球海洋每日0.25°遥感融合产品。利用无线电探空仪水汽含量观测数据,对生成的全球海洋大气柱水汽含量融合产品进行精度检验。结果表明,总体上,13年间均方根误差和标准差小于3 mm,平均偏差小于0.6 mm,平均绝对偏差小于2 mm,相关系数大于0.98;使用HY-2A微波辐射计数据产品会使融合结果的精度出现微小的降低;AMSR2和HY-2A微波辐射计数据的联合使用对于替代AMSR-E数据具有积极意义。     

海山微生物多样性研究进展

随着深海海山区域生物多样性的发现,人们越来越关注深海微生物的研究。海山山脉火山活跃部分具有非常广泛的特殊微生物栖息环境,因此成为人们研究海山微生物多样性的热点。但从现有报道来看,我们对海山微生物的了解还很少。作者主要针对海山、尤其是西太平洋深海海山的类型及其微生物群落(包括对铁、硫循环起指示作用的特殊群落)的研究进展进行综述。在这些研究中,通过基于SSU rDNA克隆测序、T-RFLP、系统发育比较等培养与非培养分析手段发现,西太平洋深海火山活跃海山周围具有比较高的环境多样性与特殊微生物类群多样性,其中ζ变形菌纲(ζ-proteobacteria)和/或ε变形菌纲(ε-proteobacteria)微生物是最普遍的类别。这些研究对于进一步开展其他海山的地质形成过程及微生物栖息环境与类群研究具有较大的指导意义。     

基于追踪数据的全球中尺度涡旋偶极子自动识别方法

海洋中的涡旋在传播过程中相互吸引并以偶极子的形式进行传播是一种常见的海洋现象,这些偶极子在输送海水、养分和其他物质方面发挥着重要作用。本文提出了一种基于海表面高度异常数据得到的涡旋轨迹数据的全球偶极子自动识别方法。通过使用K–D树切割空间的方法,对1993年1月至2016年9月间的涡旋轨迹数据进行计算,共发现了生命周期超过了60 d的86 662对向西运动的偶极子和30 590对向东运动的偶极子。结合提取结果,本文对偶极子在全球范围内的特性进行了统计分析,并结合海表面温度异常、盐度异常数据验证了自动识别算法的可靠性。最后,本文分析了具有伴随时间长、传播速度快、纠缠传播特点的偶极子传输模式和传播特性。     

基于水深分段选择因子的多光谱影像反演水深

岛礁周边海底地形精密测量是海洋测绘的难点问题之一,利用多光谱卫星能精确测定岛礁周边水深地形,是传统岛礁水深测量有效的补充方式之一。本文以蜈支洲岛周围水域为研究区域,提出了基于BP神经网络水深分段选取反演因子的方法,利用WorldView-2数据和多波束实测数据建立多模型,整合预测的各段水深获得海底地形。实验表明,本文方法能充分利用水体的光谱特性,与单一BP神经网络模型结果相比,MRE降低了6.4%,RMSE降低了1.2 m,是一种可行的多光谱水深反演的方法     

基于完整目录数据的全球海啸时空分异研究

海啸是自然灾害中对人类生命财产安全有严重威胁的灾难之一。随着全球气候变化和全球化贸易日益增强,越来越多的人口和经济暴露于海啸灾害。历史海啸灾害的时空分异分析可以帮助我们认识海啸灾害的演变规律,为灾害预警、灾害防控等提供有益参考。本文通过提取具有完整性和同质性的数据（爬高高度（RH））进行全球海啸的时空分异规律研究,结果表明:（1）对于0.1 m≤RH<0.5 m、0.5 m≤RH<1 m、1 m≤RH<5 m、5 m≤RH<10 m、10 m≤RH<20 m和20 m≤RH的间隔,海啸目录分别自1963年、1940年、1950年、1946年、1922年和1885年以来可以被认为是完整的;（2）全球海啸发生有一定的增加趋势,大约每年会多观测到7次波浪爬高事件。在0.1 m≤RH<5 m区间内,海啸发生呈现一定的周期性。当RH大于5 m时,表现出明显的增加趋势;（3）西北太平洋区域、南太平洋区域、东南太平洋区域、印度洋区域海啸发生有一定的增加趋势,而在北美区域则呈减少趋势,东北大西洋区域无显著变化;（4）除北美区域外,其他区域的海啸发生遵循一定的自组织临界行为,相比来说,东北大西洋区域更容易发生小的海啸事件,而西北太平洋区域和印度洋区域更容易发生各种强度的海啸事件。     

大洋调查中海山地磁测量的静日变化校正方法

针对大洋调查中海山地磁测量时难以设立静日变化观测站的问题,提出了一种基于多项式拟合最小二乘算法的日变校正方法,即假设静日变化磁场可以用一个关于时间的高阶多项式来拟合,利用主测线和联络测线交点误差的最小二乘估计求得多项式的系数,从而得到静日变化曲线。从调查测得的磁场中减掉静日变化磁场即可得消除静日变化影响后的海山地磁异常。理论模型和实际资料处理都表明,这种方法不仅可以较好地消除静日变化的影响,而且用计算机实现也简单。为了提高静日变化校正结果,讨论了为提高静日变化校正效果,在大洋调查中测量海山地磁时应注意的几个问题。     

基于Landsat 8卫星数据的南沙礁群分布研究

南沙岛礁的发育受空间位置、暴露面积及地质结构等因素的影响,礁体的演变伴随空间形态的变化。本文利用遥感和地理信息系统(GIS)相结合的方法绘制南沙岛礁核密度现状图,并采用Kernel Density进一步分析南沙礁群空间核密度分布。研究表明:南沙岛礁空间形态复杂,有明显区域格局性,面积差异较大的岛礁核密度聚集位置不相同,分布特征相对密集。岛礁数量在纬度方向有明显浮动,在经度方向上趋于稳定。随礁体面积的增大,礁体平均形状指数逐渐增大,平均紧凑度逐渐减小,形状指数LSI介于0.90～2.87之间、紧凑度RC介于0.31～0.97之间。研究结果有助于更好地了解南沙岛礁密度情况,为海洋管理人员提供参考信息。     

全球变化对海洋渔业的影响及对策

人类行为引发的全球性捕捞过度、水体富营养化、气候温暖化和臭氧层被破坏等都地世界渔业产生极大的影响,而捕捞过度使鱼群抵御环境变化的能力降低,并直接破坏渔业资源,从而放大全球变化对海洋渔业的影响。水体富化造成的有害赤潮及鱼虾病害频发、往往给业,尤其是增养殖渔业带来巨大经济损失,温暖化引起的海水升温和盐度改变,不仅直接影响海洋生物的生理、繁殖及时空分布,而且通过对海平面、上升流、厄尔尼诺现象,珊瑚礁、信     

Evolution of the Dok Do seamounts,Ulleung Basin,East Sea: constraints based on the reconstruction of virtual geomagnetic poles using paleomagnetic data

In the Ulleung Basin, East Sea, the Dok Do seamount group comprises Dok Do (Dok Island), consisting of very small islets/rocks and a large submerged volcanic edifice, and two voluminous tablemounts, Simheungtaek and Isabu. We attempted to reconstruct the evolution of these seamounts, using virtual geomagnetic poles (VGPs) determined by the least-squares and the seminorm magnetization methods, with 1,500 m upward continued magnetic anomalies. The VGPs of Dok Do with normal dipole anomaly, and of Simheungtaek with normal dipole anomaly are located near the present magnetic pole. The VGP of Isabu with normal dipole anomaly is located at low latitude, presumably due to overprints of reversals in the Tertiary, and the distortion of magnetization and structures associated with volcanism after its formation. In contrast to the tablemounts, magnetic anomalies over Dok Do are a combination of both normal polarity and reversed polarity dipoles in the northern hemisphere, indicating that Dok Do has had at least two major eruptions, one during normal and another during reversed polarity intervals. From these results, and information on the ages of the seamounts (either published radiometric ages of subaerial volcanic rocks, or ages reconstructed in terms of reported elastic thickness incorporated into an existing cooling plate model), we tentatively propose that (1) Isabu formed first, during a normal polarity interval after the opening of the East Sea had ceased; (2) this was followed by an initial and subsequent large eruption of Dok Do during a normal polarity and a reversed polarity interval after about 5 Ma; and (3) the formation of Simheungtaek occurred in between that of Isabu and Dok Do in a normal polarity interval. The pattern of normal/reversed magnetization is not inconsistent with the geomagnetic polarity timescale for at least the last 5 Ma. Nevertheless, precise ages of formation would need verification by additional geophysical/geochemical constraints. Evaluating various possible models explaining the successive formation of the Dok Do seamounts, we currently favor fracturing and volcanism related to compression-induced weakening of the extensional field from the late Miocene to Pliocene after the opening of the East Sea.     

The integration of South African fisheries into the global economy: Past,present and future

The integration of the South African fisheries into the global economy has operated as a powerful constraint on post-apartheid fisheries reform. The shedding of South Africa's international pariah status and currency depreciation enhanced access to and competitiveness on global markets, sparking a demersal-led export boom, which has favoured incumbent producers. Increased exports have also allowed the post-apartheid state and nascent black capital to maximise their returns from the fisheries through cost recovery and share purchases. The protection and promotion of the fisheries’ “international competitiveness”, inter alia sought through “sustainable fishery” certification of the hake industry with the Maritime Stewardship Council (MSC), has in turn provided a cover-all for the refusal of populist redistribution demands and special treatment for black small capital.