速度约束的海洋大地电磁聚焦反演方法

本文利用海洋地震探测方法对速度、密度连续性发生变化的地层成像精度高的优点,提高海洋大地电磁(MT)反演空间分辨能力,提出速度约束的海洋MT聚焦反演方法,可以将OBS深部地震探测获得的速度结构模型作为先验信息引入到海洋MT反演目标函数的模型约束泛函中,对反演迭代过程中的电阻率模型施加速度结构约束。根据南黄海千里岩隆起区构建的速度-电阻率模型的反演测试表明,基于MGS聚焦稳定泛函的大地电磁反演方法可以得到高阻层以下的低阻层结构,速度约束下的海洋MT反演可以进一步提高对电阻率估计的精度：在速度约束信息准确的情况下,可以大幅提高海洋MT反演对电性结构的垂向分辨能力;当高速屏蔽层下不同地层波阻抗差异很小而影响速度模型精度时,该方法仍可利用速度梯度信息进行层位约束,提高相应层位识别能力。     

基于麦克斯韦理论的海底大地电磁探测技术

麦克斯韦理论为海底大地电磁探测技术奠定了坚实基础。大地电磁场的测量通常测取Ex，Ey，Hx，Hy,Hz。大地电磁仪的设计要点包括：高灵敏度、智能化、同步采集数据、锚系硬连接、承压密封和合理的下沉速度所观测的数据经计算机处理后，可获得被测海域的地球物理信息。     

海洋大地电磁揭示了西太平洋苏达海山的电阻率结构

为了研究海洋板块内火山的深部电阻率结构及其形成过程,在西太平洋苏达海山进行了海洋大地电磁测量。采用主流数据处理方法SSMT2000进行数据处理,分别对旋转后的实测数据以及根据实测数据得到的两组旋转不变量数据进行一维结构假设下的大地电磁响应测试,对响应最好的YX方向数据进行一维反演,并结合一维正演、地质资料对反演结果进行综合解释。反演结果表明,苏达海山区域地壳厚度为21.5 km左右;较厚的火山碎屑岩层表明苏达海山的构建过程以喷发性的岩浆活动为主,其侵入性的岩浆活动较弱。     

海洋表层-次表层反演与重构方法概述

飞速发展的卫星遥感技术为海洋学研究提供了具有较高时空分辨率的表层资料,而海洋表层信息实际上反映了海洋内部状态。此研究总结了海洋表层—次表层反演与重构方法,将其归类为模式同化方法、统计重构方法以及表面强迫准地转(SQG,Surface Quasi-Geostrophic)方法,并对其各自的优缺点进行了论述,旨在为海洋信息反演与资料同化和融合工作提供一定的参考。     

基于微波遥感技术海面盐度反演方法

海面盐度(sea surface salinity,SSS)是研究海洋变化及其气候效应重要的物理量,对海洋生态环境、海洋可持续发展至关重要.为了提高海面盐度反演精度,本文通过对SMAP卫星L波段微波辐射计测量的亮温数据进行海面盐度反演研究,考虑风、浪等影响海面粗糙度的环境因子对Klein-Shift模型(简称K-S模型...     

基于人工神经网络的海水漫射衰减系数的遥感反演方法

利用NOMAD数据集建立了基于人工神经网络的漫射衰减系数Kd490的反演算法。该人工神经网络是3层的反向传输神经网络。其结构为输入层有4个节点,它们分别对应4个波段443,490,555,665 nm的遥感反射比,隐含层有10个节点,输出层1个节点对应于漫衰减系数Kd490。利用另一独立的现场测量数据集(COASTLOOC)印证该反演算法的性能。结果表明,该研究建立的反演算法的性能明显好于业务化SeaWiFS算法,略好于Lee等人的半分析算法。     

基于统计学习理论的海色遥感叶绿素浓度反演方法

根据卫星遥感信息反演叶绿素浓度对估计水域初级生产力的重要作用,分析已有反演方法的不足之处;尝试将基于统计学习理论的复合核函数方法引入到这一领域,并用SeaBAM的数据进行实验,结果显示该方法性能优良;从理论上分析其在样本数较少的情况下,核函数方法可以避免过学习的原因;与神经网络法和传统的经验方法相比,该方法体现出较大的实用价值和较好的应用前景。     

从1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的坐标变换

对1980西安坐标系和2000国家大地坐标系的转换关系,给出了应用CASIOfx-4800P计算器由平面直角坐标反解地理坐标的计算程序。应用这项程序,实现了从1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的坐标变换。根据计算结果及其在1∶2.5万地形图上的图解精度,1∶2.5万~1∶50万地形图上同名点的坐标差异很小,都在图解精度0.2mm以内,所以地图改版时只需改变坐标系的名称即可。     

基于一维扩散方程反演温度垂直扩散系数的变分方法

Diapycnal mixing is important in oceanic circulation. An inverse method in which a semi-explicit scheme is applied to discretize the one-dimensional temperature diffusion equation is established to estimate the vertical temperature diffusion coefficient based on the observed temperature profiles. The sensitivity of the inverse model in the idealized and actual conditions is tested in detail. It can be found that this inverse model has high feasibility under multiple situations ensuring the stability of the inverse model, and can be considered as an efficient way to estimate the temperature diffusion coefficient in the weak current regions of the ocean. Here, the hydrographic profiles from Argo floats are used to estimate the temporal and spatial distribution of the vertical mixing in the north central Pacific based on this inverse method. It is further found that the vertical mixing in the upper ocean displays a distinct seasonal variation with the amplitude decreasing with depth, and the vertical mixing over rough topography is stronger than that over smooth topography It is suggested that the high-resolution profiles from Argo floats and a more reasonable design of the inverse scheme will serve to understand mixing processes.     

基于MODIS数据的海上气象能见度遥感光谱分析与统计反演

重点分析了不同等级能见度过程在MODIS 36通道中的谱特征及与能见度的相关性,并对能见度进行了光谱统计分析.经去云处理后,对多点测站的相关分析发现能见度因子和ch1,3,4,8,16,24,25,29～36的辐射和反射率存在很好的相关性(置信度达90 %以上,相关系数≥0.8),进一步的通道筛选和压缩对能见度的反演有重要意义.典型个例分析发现低能见度与高能见度天气过程存在较明显的光谱辐射和反射差异,可用于低能见度的识别.     

基于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演研究

Due to the low spatial resolution of sea surface temperature(T_S) retrieval by real aperture microwave radiometers,in this study, an iterative retrieval method that minimizes the differences between brightness temperature(T_B)measured and modeled was used to retrieve sea surface temperature with a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer, temporarily named 1 D-SAMR. Regarding the configuration of the radiometer, an angular resolution of 0.43° was reached by theoretical calculation. Experiments on sea surface temperature retrieval were carried out with ideal parameters; the results show that the main factors affecting the retrieval accuracy of sea surface temperature are the accuracy of radiometer calibration and the precision of auxiliary geophysical parameters. In the case of no auxiliary parameter errors, the greatest error in retrieved sea surface temperature is obtained at low T_S scene(i.e., 0.710 6 K for the incidence angle of 35° under the radiometer calibration accuracy of0.5 K). While errors on auxiliary parameters are assumed to follow a Gaussian distribution, the greatest error on retrieved sea surface temperature was 1.330 5 K at an incidence angle of 65° in poorly known sea surface wind speed(W)(the error on W of 1.0 m/s) over high W scene, for the radiometer calibration accuracy of 0.5 K.     

基于点质量方法的似大地水准面计算模型改化及分析检验

针对源自位场等效源理论和点质量方法的似大地水准面计算模型适用性问题,重点围绕虚拟点质量反演和似大地水准面计算两个解算阶段,分别提出了3种实用化的积分模型改化方法,同时设计了3个阶段改化模型试验检验方案,使用超高阶位EGM2008作为数值模拟标准场,对两个解算阶段不同改化模型的计算效果进行了数值精度检核,并开展了数据观测噪声影响评估检验,得出了一些有参考和实际应用价值的研究结论。在一定条件下,使用改化点质量方法计算似大地水准面可获得1 cm的内符合度。     

基于海啸浮标数据反演的海啸数值预报方法的初步研究

介绍了应用于我国第二代海啸预警系统的基于海啸浮标数据反演的准实时海啸预警方法,并对其做了一些初步的实验和讨论。结果显示对反演结果有较大影响的因素是所选浮标的位置,当浮标与地震源之间的海底地形较平坦时有利于反演,因为平坦的地形可以最大限度的减小非线性作用和底摩擦作用。浮标数据长度及单位源范围的选择对反演结果不会产生很明显的影响,在海啸预警过程中,浮标数据包含海啸波第一波的信息即可,单位源范围尽可能包括所有震源区域即可。     

基于X波段海洋雷达的风浪联合反演方法研究

提出了一种新的利用X波段海洋雷达联合反演海面风速与海浪谱的方法,该方法不需要额外的信息输入来反演海浪谱。通过利用风速与雷达后向散射强度的经验关系获得海表风速,然后将反演的风速输入风浪谱,通过求解该模拟风浪谱与雷达观测图像谱的约束函数的最小值来确定海浪谱。利用实验数据对反演方法进行了验证,风速、有效波高、主波周期以及主波波向反演的均方根误差分别为1.9 m/s,0.4 m,1.2 s和9.6°,证明了该方法的可行性。     

基于微扰法的改进一维分形模型分层海面电磁散射研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,采用改进的一维分形海面模型模拟实际的分层海面,推导出了平面波入射时的散射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了中间介质介电常数和厚度、摩擦风速和入射波频率对双站散射系数的影响,得到改进的一维分形分层海面散射系数的基本特征、分区特征和随频率变化的特征,结果表明散射系数近似具有"量子化"特征。这些结果在诸如海洋遥感、无线电传播与通信、粗糙面重构等方面中有着广泛的应用。     

基于光谱分层的浅海水深遥感反演方法

卫星水深反演是水深测量的一种重要手段,其中Stumpf比值算法和Lyzenga多项式算法应用广泛并诞生了大量改进算法,但这些算法没有顾及不同光谱的测深极限与适用范围,为此本文提出一种基于光谱分层的水深反演方法。首先,根据红、绿、蓝光谱对水体的穿透能力差异,提出一种基于影像本身的无参数光谱分层策略,提取红光层、绿光层、蓝光层;然后,根据不同光谱层的波段测深性能,分光谱层构建水深反演优化模型,获取浅海水深反演结果。以我国南沙海域长线礁和美属维尔京群岛巴克岛为实验区,本文方法对经典Stumpf比值算法和Lyzenga多项式算法进行改进后,水深均方根误差、平均绝对误差、平均相对误差分别降低了0.41～0.89 m、0.35～0.65 m、4%～19%,尤其在红光层,即水深较浅区域,平均相对误差降低了58%～149%,精度提升明显。因此,改进算法在提高卫星水深反演效果方面具有可行性和有效性。     

基于SDGSAT-1影像的总悬浮物浓度反演方法研究

总悬浮物浓度是海洋的重要水质参数之一,其对水体透明度、水下光场及初级生产力有显著影响,同时对河流入海口与海岸带冲淤变化过程有重要作用。本文基于我国自主研制的SDGSAT-1卫星遥感影像,使用准分析算法（Quasi-Analytical Algorithm,QAA）获取水体固有光学量,并结合2022年4月黄河口区域总悬浮物浓度实测数据,建立水体固有光学量与总悬浮物浓度实测数据的单波段、波段加减、波段比值,以及多波段组合等模型并开展遥感反演,最后将反演结果同实测数据及基于Sentinel-2B影像的总悬浮物浓度反演结果进行对比。研究结果表明：基于SDGSAT-1影像的总悬浮物浓度反演结果在黄河口高浓度区域的决定系数为0.622,均方根误差为7.94 mg/L;基于Sentinel-2B影像的总悬浮物浓度反演结果在黄河口高浓度区域的决定系数为0.589,均方根误差为8.27 mg/L。故在我国近岸海域总悬浮物浓度反演方面,SDGSAT-1影像反演精度与Sentinel-2B影像反演精度相媲美。     

基于无人机光学图像的海流观测方法研究

海流信息在海上航行、海洋资源勘探等方面有着重要的应用,传统的现场和遥感观测方式不能满足大面积、实时观测海流的要求。基于无人机平台的光学海洋遥感技术具有机动灵活、成本低、分辨率高的特点,近年来在海洋环境监测中得到应用。然而,由于小型无人机容易受飞行姿态、太阳耀斑等因素的影响,目前在海流观测方面还不成熟。本文提出了利用小型无人机获取高分辨率海面流场的方法,并分析不同因素对观测结果的影响。首先,对无人机获取的光学海面图像做预处理,消除几何成像和图像噪声等因素的影响,并通过分析图像灰度值均值的变化,减小太阳耀斑对图像的影响;然后,基于三维傅里叶变换和海浪的频散关系反演海流,并将反演结果与浮标实测的海流数据进行对比,验证了该方法的可靠性。其次,结合实验数据详细分析了不同因素对海流反演的影响:在本文的实验条件下(有效波高0.2～1.5m,波浪主波周期3.8～5.7s),当图像空间分辨率为0.15m、反演子图尺寸在波浪主波波长的2～3倍时,海流的反演误差较小;增加图像幅数和提高时间分辨率也有利于提高海流的反演精度。现场观测实验的结果表明,本文提出的无人机观测海流技术可以有效获取海流信息。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

基于微波多载荷优势互补的海面风场联合反演方法研究

海面风场的遥感探测主要通过合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）和微波散射计等微波遥感器进行,近年来波谱仪也可用来探测风场信息。各遥感器独立工作,具有不同的入射角、覆盖范围和分辨率,在风场探测方面各有其优势和局限性。本文基于各类微波遥感器独特的观测方式,根据各自的时空匹配规则,相互借助实现3种载荷的两两联合,波谱仪和散射计分别与SAR联合为其提供风向并得到SAR的风速结果,与ERA5的均方根误差分别为1.972 7 m/s和1.986 0 m/s,散射计与波谱仪相互联合为波谱仪去除风向模糊,去模糊的风向结果为26.758 9°,都符合目前风场反演公认的标准,风速和风向的均方根误差小于2 m/s和30°。本文解决了现阶段单模式观测风场的缺陷,为我国未来发射SAR、散射计、波谱仪多载荷卫星的风场反演提供互补信息的支持,为实现多载荷区域大范围高精度风场研究做准备。