JASON-2卫星高度计波高数据同化对中国渤黄海海浪数值预报影响研究

利用原国家海洋局北海分局浮标所测有效波高数据对Jason-2卫星高度计所测有效波高数据进行验证,采用50km空间窗和0.5h时间窗,得到219个时空配准点。对配准结果进行统计分析表明,Jason-2卫星高度计测得有效波高与浮标测量结果存在-0.277m的偏差,均方根误差为0.372m。利用最小二乘回归(OLR)对Jason-2有效波高数据进行校正可使其均方根误差下降至0.247m,减少34.5%。基于第三代海浪模式WAVEWATCH III对Jason-2有效波高数据进行最优插值同化试验,其中背景误差相关函数取为指数形式,相关距离尺度选为500km。与浮标观测数据比较表明,同化后模式有效波高均方根误差比未同化时减少11.56%,,能够有效地改善模式精度。以此为初始场进行为期3d的数值预报实验。与未同化实验相比,卫星高度计有效波高数据同化对模式0～72 h预报有不同程度的改善,改善程度随预报时间的增加而降低。     

时空窗口对HY-2有效波高产品检验影响模拟研究

时空窗口的选择是卫星高度计有效波高产品检验的主要影响因素。采用Monte Carlo(MC)数学模拟的方法 ,研究了时空窗口对HY-2高度计有效波高检验的影响,并采用现场浮标测量数据验证了MC模拟的可靠性。MC模拟结果表明,采用浮标测量数据对HY-2高度计有效波高检验时,必须分海况选取对应的最优空间窗口进行,并给出不同海况下的最优的时空窗口。对于高海况需采用小的空间窗口,在1 m,2 m,3 m,4 m有效波高的海况下,其理想的时空窗口为0 min,117 km,30 km,18 km和13 km。     

卫星测高定标场选址中有效波高因素分析

利用Jason-3卫星在国外4个主要卫星高度计定标场所在海域的测量数据,分析了这些海域的有效波高变化特性。在我国大陆沿岸选取了Jason-3卫星经过的12个海域,分析了它们的有效波高变化特性,给出了在我国大陆沿岸建设卫星测高定标场的选址建议。Bass、Corsica、Gavdos等3个定标场海域的平均有效波高约为1.1 m,说明平均有效波高1.1 m及以下的海域适用于建设定标场。选定的12个沿岸海域中,渤海及黄海海域平均有效波高小于0.8 m,显著小于东海及南海1.3～1.5 m平均有效波高,单独从有效波高的角度渤海及黄海海域更适合于建设卫星高度计定标场。     

SWAN模式对陆架浅水区有效波高的模拟研究及改进

验证了QSCAT/NCEP混合风场,并将其作为SWAN模式的驱动风场。以南黄海海域作为目标区域,对SWAN模式在陆架浅水区有效波高的模拟能力进行了研究。研究表明,默认参数下SWAN模式计算的有效波高较JASON-1卫星高度计数据偏小,最大偏差达0.6 m。通过对SWAN模式中各物理过程的分析,确定模式计算值偏小的原因是白浪耗散过大。采用参数修正法对白浪耗散项进行改进,将SWAN模式计算有效波高的均方根误差降低到0.16 m以下,相关系数提高到0.85以上。选择2002年中具有代表性的4个月对改进后SWAN模式进行验证,结果显示SWAN模式在研究区域具有良好的稳定性和适用性。     

中国HY-2卫星雷达高度计有效波高真实性检验

Chinese Haiyang-2(HY-2) satellite is the first Chinese marine dynamic environment satellite. The dual-frequency(Ku and C band) radar altimeter onboard HY-2 has been working effective to provide operational significant wave height(SWH) for more than three years(October 1, 2011 to present).We validated along-track Ku-band SWH data of HY-2 satellite against National Data Buoy Center(NDBC) in-situ measurements over a time period of three years from October 1, 2011 to September 30, 2014, the root mean square error(RMSE) and mean bias of HY-2SWH is 0.38 m and(–0.13±0.35) m, respectively. We also did cross validation against Jason-2 altimeter SWH data,the RMSE and the mean bias is 0.36 m and(–0.22±0.28) m, respectively. In order to compare the statistical results between HY-2 and Jason-2 satellite SWH data, we validated the Jason-2 satellite radar altimeter along-track Ku-band SWH data against NDBC measurements using the same method. The results demonstrate the validation method in this study is scientific and the RMSE and mean bias of Jason-2 SWH data is 0.26 m and(0.00±0.26) m,respectively. We also validated both HY-2 and Jason-2 SWH data every month, the mean bias of Jason-2 SWH data almost equaled to zero all the time, while the mean bias of HY-2 SWH data was no less than –0.31 m before April2013 and dropped to zero after that time. These results indicate that the statistical results for HY-2 altimeter SWH are reliable and HY-2 altimeter along-track SWH data were steady and of high quality in the last three years. The results also indicate that HY-2 SWH data have greatly been improved and have the same accuracy with Jason-2SWH data after April, 2013. SWH data provided by HY-2 satellite radar altimeter are useful and acceptable for ocean operational applications.     

台湾海峡有效波高的SWAN模式与ERA-Interim数据对比分析

有效波高是描述海浪的关键参数。欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim再分析数据提供了全球海浪的有效波高,本文选取该数据在台湾海峡2013年3月份的有效波高结果,分别与浮标观测数据以及海浪数值模式SWAN （Simulating Waves Nearshore）的数值模拟结果相对比,来分析其预报效果。结果显示：在浮标点,ERA-Interim数据和SWAN模拟浪高数据与浮标浪高数据的时间相关系数分别为0.94和0.98,ERA-Interim数据的浪高均值约为浮标的51%,为SWAN模拟数据的70%。在台湾海峡区域,ERA-Interim数据与SWAN模拟浪高之间的空间异常相关系数（ACC）月均值为0.51,时序ACC曲线显示,一般在海峡东北口风初起时刻ACC值最小,在风吹遍海峡并增长的过程中,ACC迅速增加,在风速达到最大值之后,ACC开始下降,但ERA-Interim数据与SWAN数值模拟结果在整个海峡区域的浪高最大值与最小值分布位置基本一致。综合分析,ERA-Interim数据能够反映台湾海峡区域此时间段的有效波高的时空变化趋势,在数值上有明显低估。     

两种网格下的SWAN模式对黄渤海海浪模拟比较

采用NCEP再分析风场作为驱动海浪模式的强迫场,在考虑相同物理过程和分辨率基础上,SWAN海浪模式分别采用矩形网格和非结构三角网格对2000年12月黄渤海海域波浪场进行模拟,并将模拟的有效波高与海洋浮标观测数据作对比分析,结果表明,SWAN模式运用两种网格均能够取得良好的模拟结果,相对矩形网格,非结构三角网格模拟有效波...     

基于漂流浮标的南大洋卫星高度计有效波高研究

随着技术的进步和数据处理方法的完善,经过修正的卫星高度计数据已获得普遍认可.但在南大洋缺少波浪现场数据,卫星高度计在极端恶劣气候条件下获得数据的准确度仍受到一定程度的质疑.中国于2020年第36次南极考察中,在南大洋布放了一套感应耦合漂流浮标,可提供可靠的南大洋现场波浪数据.本文利用该漂流浮标2020年1月27日至9月...     

基于HY-2卫星高度计机载校飞数据的有效波高信息提取及初步分析

利用HY-2卫星雷达高度计校飞数据,开展了有效波高信息提取及精度比对研究。首先对其进行波形筛选、1s平均和去噪,然后基于Hayne海面回波模型进行波形拟合,提取出波高均方根并得到有效波高,并与浮标和同轨迹的Jason-1卫星高度计有效波高进行了比较。结果表明,本次校飞其高度计测波精度存在系统偏差,初步分析可能是其数据未经仪器校正等原因导致。     

HY-2A卫星高度计有效波高信息提取业务化算法

2011年8月16日我国成功发射了第一颗自主海洋动力环境卫星HY-2A,有效波高是其搭载的雷达高度计可获取的重要海洋动力环境参数之一。本文详细介绍了应用于HY-2A雷达高度计的有效波高信息提取业务化算法,该算法通过迭代最小二乘拟合方法提取有效波高信息。同时,基于HY-2A雷达高度计业务化运行获取的有效波高数据,分别与Jason-2卫星高度计有效波高和NDBC浮标海浪波高数据进行了比对分析。比较结果表明,HY-2A雷达高度计与Jason-2有效波高的标准偏差为-0.26m,RMS为0.58m;HY-2A高度计与NDBC浮标数据间的标准偏差为-0.22m,RMS为0.37m。结果证明了目前应用于HY-2A雷达高度计业务化运行中的有效波高信息提取算法的可行性。     

基于SWAN模式的南海台风浪推算的影响因素分析

基于南海实际地形和真实的台风过程,对影响SWAN模式在南海台风浪推算中的准确性的因素进行了较系统的研究。首先对不同的模型风场进行了对比分析,结果表明一个准确的风场是正确推算台风浪的关键。同时对SWAN模式中的白冠耗散作用、风能输入与白冠耗散不同的组合方式和折射项作用等因素对台风浪推算的影响进行分析,并对模式中的各影响因素给出了合理建议。使得SWAN模式在南海台风浪推算中具有更好的适用性。     

Characteristics of Sea Surface Circulation and Eddy Field in the South China Sea Revealed by Satellite Altimetric Data

Temporal and spatial variations of sea surface circulation in the South China Sea were revealed with use of altimetric data provided by TOPEX/POSEIDON from December 1992 to October 1997. The estimated distribution of sea surface dynamic heights from altimetric data coincide well with the results of observation by Soong et al. (1995) and Chu et al. (1998). The RMS variability of sea surface dynamic height, which is obtained after tidal correction based on Yanagi et al. (1997), is high in the central part of the South China Sea, the Gulf of Tongking, the Sunda Shelf and the Gulf of Thailand. The high RMS variability in the Gulf of Tongking, the Sunda Shelf and the Gulf of Thailand is due to set up and set down of sea water by the East Asian monsoon, which is northeasterly during winter and southwesterly during summer. Also, the high RMS variability in the central part of the South China Sea is due to the variations of basin-wide circulation. The circulations are dominant in the central part of the South China Sea during summer and winter, an anticyclonic circulation during summer and a cyclonic circulation during winter. It is suggested that these circulations are controlled by the East Asian monsoon. Hence, there is an interannual variability of the basin-wide circulation associated with the variation of the East Asian monsoon.     

东中国海潮波自适应数值模型及其数值模拟

首次为整个东中国海设计出一种自适应网格 ,利用自适应网格能同时兼顾网格的光滑性、正交性及疏密程度的特点 ,得到了物理平面上的网格分布。该网格既与边界适应 ,又在水深变化急剧的东海陆坡处得以加密 ,从而使坐标变换下的三维模式成功实现了跨越陆坡的计算。用该模式模拟了海域的潮汐变化。依据所得结果绘制出 M2 分潮的同潮图和潮流椭圆。模拟结果与现有的数值研究结果基本一致 ,表明此模式在该海域的适用性     

东海区域灾害性海浪长期预测方法研究

海浪预报具有复杂性、非线性和高维性等特点,而BP人工神经网络是处理非线性关系,进行科学预测行之有效的方法。本文中采用BP人工神经网络技术,以1985—2005年影响东海区的热带气旋、温带气旋和冷空气等相关要素为样本,建立东海区域灾害性海浪BP神经网络长期预测数值模型。通过模拟预测效果检验:该模型预测准确率超过85%,平均误差约为8%,满足实际预测要求。     

影响东海气候的太阳活动信息分析

采用逐次滤波法逐次提取东海气温资料序列中蕴涵的太阳活动影响信息并加以分析,发现东海气候年代际变化特征十分清楚,主要表现为:(1)突变性,东海夏季7月海平面层及对流层大气温度场在过去半个多世纪中发生过一次急剧变化,突变点是1978年7月.从1978年7月由历时30多年的温度偏低时期跃变为持续高温时期,高温期持续至20世纪末,升温幅度超过0.4℃.资料分析表明,整个对流层东海夏季大气温度都具有这种年代际变化特征;(2)高空气候持续增温型,东海夏季7月平流层中部10 hPa大气温度表现为一种波动式的持续升温过程,50多年来温度升高4℃,年升温率超过0.075℃/a.东海平流层底部100 hPa温度也具有持续升温的特点,从1948年至今呈缓慢升高的趋势,53 a升高了1.9℃,升温率为0.036℃/a;(3)周期性,东海不同高度大气温度都具有显著程度不同的22 a周期性年代际变化特征,22 a周期分量的振幅由高空到低空迅速减小,表明22 a周期高空清楚,低空不太明显.东海对流层中部和平流层底部还具有显著的11 a周期性年代际变化.据分析认为22 a周期是太阳黑子磁场磁性变化周期所激发,11 a周期与太阳黑子相对数11 a周期相吻合,二者均为太阳活动在大气气候中的反映.     

基于船载GPS探空数据的黄东海大气边界层高度分析

根据2012年5、11月2次船载GPS探空资料,结合CFSR再分析、OISST海温、沿岸站位L波段雷达数据等,对黄东海海洋大气边界层(MABL)的时空变化特征及影响因子进行了分析。GPS探空数据表明,正的海气温差产生对流边界层,负的为稳定边界层。相比陆地边界层,MABL的日变化很小。5月份,MABL较低,暖区的海气温差大小与MABL高度相关,而冷区风切变的影响较为显著,太阳辐射也能一定程度上影响MABL高度。11月,MABL远高于5月,海气温差、太阳辐射均能影响MABL高度,风切变贡献很小。5月份海洋锋暖水侧的水汽能到达MABL以上,冷水侧水汽则维持在MABL中;11月水汽被限制在MABL以内。通过青岛、洪家站的L波段雷达数据对比,得到沿岸地区的大气边界层具有与MABL相同的季节变化,能够代表黄、东海MABL特征,但日变化更加剧烈,因此在替代研究海上MABL日变化时具有局限性。     

基于T/P卫星海面测高的黄东海海面地形变化探讨

利用Topex/Posedion卫星的SSHA数据对黄、东海1993-2001年期间的平均海面地形的空间形态特征、变化速率的空间分布特征及年内变化特征等3个方面进行了分析.研究结果表明,该海区9a平均海面地形的基本特征为：东南高、西北低,由东南向西北倾斜,最大高差超过90 cm;1993-2001年期间全海区均呈现海面上升趋势,上升速率值在5～8.6 mm/a之间,海面上升的空间分异表现为南快北慢,东快西慢.海面地形的年内变化在时间上呈正弦波动,空间上中、北部区域变化速度快,年较差大;南部区域变化速度慢,年较差小;变化空间特征复杂.     

东海,黄海测区的空气微生物研究

对东海、黄海的近岸、远岸海区空气中陆源性和海洋性微生物含量进行了测定。并比较了不同测区间空气微生物含量的差别,分析了它们的昼夜变化状态,以及气温对这些变化的影响。认为测区空气微生物状态指示海洋与陆地、人类活动及环境污染与海洋空气间的相互作用。