一种改进的随机起伏海面的仿真方法

根据线性滤波器模型的基本原理,提出了一种改进的基于高阶滤波器的随机起伏海面仿真方法.利用Pierson的半经验海浪谱模型,得到了各种不同风速条件下海面随机起伏的仿真结果,并且对仿真结果进行了比较和讨论,结果表明,利用高阶滤波器方法能更加准确地仿真不同风速下的实际海面、更好地再现随机起伏海面的海浪谱特征.这一方法的提出为海浪的物理模拟实验提供了更为准确的数值计算方法,也为研究目标与海面共存条件下高频地波雷达信号的回波特性提供了更好的数值仿真平台.     

海上地震虚反射相位剔除法反褶积

在分析了虚反射的形成机制及其滤波器频谱特性的基础上,提出了一种在频率域剔除地震鬼波的新方法,该方法直接剔除的是虚反射滤波器相位谱的影响,而对于振幅谱,则是通过同时消除虚反射与地震子波两者共同的影响来拓宽地震记录的有效频谱,处理过程自动避免了鬼波滤波器的“零值点”问题,其最终结果是以获取反射生活费数为期望输出,因此,该方法在消除鬼波的同时可进一步提高地震剖而后 分辨率。实验表明,本文所提出的反褶积方法具有较好的容噪能力。且在鬼波延迟时以及虚反射界面反射系数存在一定误差的情况下仍能获得令人满意的处理结果。     

1986～1989年间热带太平洋环流数值模拟与观测资料间的比较研究──Ⅰ.海面起伏

本工作较详细地分析、比较了１９８６￣１９８９年间热带太平洋环流数值模拟结果与相应的观测资料。作为第一部分,本文给出由中国科学院大气物理研究所自由表面海洋环流模式模拟得到的热带太平洋海面起伏与热带太平洋１８个海岛站水位计和美国地球卫星（Ｇｅｏｓａｔ）观测资料间的比较。结果表明,模式成功地模拟出与１９８６－１９８７Ｅｌ Ｎｉｎｏ和１９８８Ｌａ Ｎｉｎａ事件相联系的热带太平洋水位场时空演变。如１９８６年     

机载GNSS反射信号海面测高模型的研究

相对于岸基GNSS-R技术,机载GNSS-R优势在于其空间分辨率高、监测范围广,可对特定区域范围进行高分辨率监测,兼具了灵活的高度和方位调节的同时保障了更高的数据质量。本文主要研究了机载GNSS-R测高模型,依据岸基GNSS-R码测高原理,针对大气延迟、天线距离等进行修正,优化机载测高模型,同时采用DTU10全球海面平均高度及潮汐模型验证机载GNSS-R测高模型的精度。通过分析2011年11月11日,CSIC-IEEC在芬兰波罗的海的GNSS-R机载数据,针对不同仰角下的实验数据进行反演,成功地实现了亚米级机载海面高度反演,得出仰角大小会对测高结果精度产生较大影响的结论,定性分析了仰角大小所引起的误差范围。本文的结果证明了机载GNSS-R的海面测高的可行性。     

东海多道地震虚反射压制技术探讨

在海洋地震勘探中产生的虚反射和一次反射波的波形是一样的,很大程度上会抑制低频分量,造成频域的陷波点,降低地震记录的分辨率,使地震记录的同相轴发生混叠甚至产生假的同相轴。在已知检波器深度和海水速度的情况下,在F—K域中,先分选至炮域压制检波点虚反射,再分选至检波点域压制炮点虚反射,在叠加剖面上,虚反射得到了明显压制。在虚反射压制后的频谱上,陷波得到了恢复,频带得到了明显拓宽,为后续地震反演提供了高品质的地震资料。     

1986～1989年间热带太平洋环流数值模拟与观测资料间的比较研究──Ⅰ.海面起伏

本工作较详细地分析、比较了１９８６～１９８９年间热带太平洋环流数值模拟结果与相应的观测资料。作为第一部分,本文给出由中国科学院大气物理研究所自由表面海洋环流模式模拟得到的热带太平洋海面起伏与热带太平洋１８个海岛站水位计和美国地球卫星（Ｇｅｏｓａｔ）观测资料间的比较。结果表明,模式成功地模拟出与１９８６－１９８７ＥｌＮｉ　ｏ而和１９８８ＬａＮｉ　ａ事件相联系的热带太平洋水位场时空演变。如１９８６年下半年暖水在日界线附近堆累和水位上升;１９８６年底这一高水位区以Ｋｅｌｖｉｎ波形式迅速向东太平洋和南美沿岸地区传播,且该地区水位场演变呈双峰结构。模式海面起伏与１８个海岛站间平均相关系数高达０．７９,与其平均误差为４．５ｃｍ;与Ｇｅｏｓａｔ观测相比,模式海面起伏相关系数的区域平均值为０．３６;文中还讨论了对模式的进一步改进工作和海面起伏观测资料在自由表面海洋环流模式中的同化应用等问题。     

起伏海面的雷电电磁场传播特征及其对闪电定位精度的影响

为了研究起伏海面对雷电电磁传播的影响,本文利用Barrick表面阻抗理论和Wait近似算法,采用改进二维分形海面模型模拟起伏海面,利用数值模式,分析起伏海面的雷电电磁传播特征,并进一步讨论了起伏海面对时差法闪电定位系统定位精度的影响。结果表明:起伏海面对垂直电场和磁场的峰值的影响不显著,但会引起波形的上升期时间的延长,浪高越大,影响越明显;随着观测距离的增加,雷电垂直电场波形的上升时间逐渐变长;风速的变化与雷电垂直电场波形的上升时间成正比;由于海面起伏引起雷电电磁场波形在传播中的变化会影响基于时差法闪电定位系统的定位精度,定位误差可达几至十几公里。     

南海南部海域海面温度异常的时空分布特征

基于1982年1月—2006年12月NOAA Optimum Interpolation Sea Surface Temperature（OISST）的逐月平均海面温度（SST）资料,采用经验正交函数分解（EOF）方法分析了南海南部海面温度异常场典型的空间分布形态及其时间变化特征。结果表明,南海南部海域海面温度异常场空间上主要表现为三种典型的分布结构,即以研究区域北部为中心的海盆尺度的单涡结构、东西反相的经向偶极子分布结构和南北反相的纬向偶极子分布结构,这三种分布结构都以2—4年的年际变化周期为主,反映了研究海域海面温度异常与ENSO现象高度相关。此外,研究海域还存在显著的半年和季节内周期变化,这种变化周期主要以南北反相的纬向偶极子分布结构（第三模态）存在,反映了大气动力强迫和热力强迫共同影响的结果。     

利用机载GNSS反射信号反演海面风速的研究

全球卫星导航定位系统的反射信号(GNSS-R)遥感技术作为一种新型的、低成本的、高机动性的海面微波遥感测风技术,与其他测风手段优势互补,可以增加测风手段的多样性,弥补局部测风手段不足的状况。研究了接收机在机载高度时,GPS反射信号功率理论模型四部分函数的性质,在此基础之上,数值模拟了机载高度下理论相关功率波形,基于海面风速对波形峰值与后沿的影响,提出了一种能够兼顾所有理论波形信息的二维插值风速反演方法。利用该方法,结合实测机载数据对海面风速进行反演,反演的风速均值与附近测站风速均值相差为1.4 m/s,与浮标数据相一致。     

基于CCMP的台湾海峡海面风场时空特征变化分析

利用1993−2022年最新版交叉标定多平台风场资料（CCMP V3.1）,针对台湾海峡海面风场的年、季、月、日变化特征进行了分析。结果表明：台湾海峡及台湾岛周边海域风场具有明显的空间分布特征,地形效应导致不同海域出现风速极大值区和极小值区。其中台湾海峡中部受“狭管效应”的影响,在冬季风速最大,风向基本与海峡走向平行;夏季风速低于海峡外部的风速,无“狭管效应”。此外,海面风场还具有明显的季、月变化特征,冬季盛行东北风,风速为全年最高;夏季盛行西南风,风速最低;春、秋两季风场特征相似,皆盛行东北风;冬季风比夏季风盛行期长,约占全年的四分之三。对风场的年际变化分析时,结果表明夏季风向易发生较大角度的偏转;年平均风速保持基本平缓的线性趋势,在一些年份的异常偏高或偏低与海气相互作用现象厄尔尼诺−南方涛动的发生相关。研究日变化特征时则发现,在夜间20时风速和风向波动最大;风速一天内存在周期性变化;风向日变化夏季偏转最明显。     

浅论海面地形特征的形成机制

本文从地热学、海洋学、气象学、物理海洋学和海底构造学角度,探讨了海面地形特征的形成机制。研究表明,形成海面地形起伏差异的主要因素有以下三个:一是有特殊的热量来源,二是有保持热量不流失的外部条件——特有的地貌特征和海底地形,三是有特殊的海流影响。     

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.     

南海海面风速季节特征的卫星遥感分析

利用ＧＥＯＳＡＴ卫星高度计于１９８６年１１月至１９８９年３月;司所测的南海海面风速资料,统计分析了南海海面风速的统计特征以及海面风场的分布特点。分析结果表明：南海海区风速受各种天气系统（如季风、台风、副热带高压等）的影响显著,表现为春、夏、秋季平均风速较小,冬季较大,风场分布呈现出夏季南部大,北部小,其他季节为由南向北增强的分布趋势,并在１０°Ｎ,１１０°Ｅ附近海区各季都有一较为稳定的高风速区,其范围大小和中心位置随季节略有变化。     

基于影像纹理特征和外部风向的星载 SAR 海面风场反演研究

在合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)海面风场反演中,基于风条纹影像纹理特征的海面风向反演方法精度高,但是依赖于图像风条纹的存在,而外部风向信息与SAR资料时空分辨率不易匹配、精度较低,从而影响大面积、高分辨率海面风场反演的精度。针对此问题,提出一种将SAR图像风条纹线性纹理特征与外部风向信息相结合的星载SAR海面风向获取方法,在SAR影像线性纹理特征明显的区域采用二维连续小波变换得到高精度的海面风向,其余区域采用与之时空相匹配的数值预报模式风向填充;并利用地球物理模型函数进一步得到海面风速,进而实现高精度、大范围海面风场的反演。为验证本文方法的有效性,利用ENVISAT/ASAR数据进行风场反演试验,并将反演结果与浮标实测数据进行比对。结果表明:在线性纹理特征明显的区域,小波方法的反演精度优于快速傅里叶变换(FFT)法和数值预报模式风向;外部风向精度略低,但与SAR观测资料时空匹配性较好,弥补了风条纹风向的不足。二者的结合为星载SAR海面风场反演的业务化应用提供了支持。     

X波段雷达海面回波谱宽特征研究

海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关,可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度,建立了回波谱宽模型,分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响,同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明,剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后,基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好,这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。     

基于卫星测高的中国近海及邻域海面地形研究

为得到中国近海及邻域精度较高的海面地形,同时尽可能减少滤波对海面地形精度的影响,提出了联合卫星测高潮汐分析与XGM2019e地球重力场模型确定海面地形的方法,首先通过T/P系列(包括Jason-1、Jason-2、Jason-3)卫星测高数据潮汐分析得到沿迹点平均海面高,从中扣除根据XGM2019e重力场模型计算相应沿迹点上的大地水准面高得到沿迹点海面地形,最后通过Kriging插值和Gauss滤波得到研究区域内30′×30′海面地形模型。与DTU22同区域海面地形对比整体差异为±4.49 cm,与沿岸长期验潮站实测海面地形对比整体精度为±4.56 cm,高精度的海面地形为研究海流的变化提供了现实依据。     

海面阻力系数的流体力学研究

利用相似理论的方法 ,把解决湍流问题的尼古拉兹曲线引入到风应力的计算中。阐明了决定海面阻力系数的关键因素是海浪的平均波高及摩擦层厚度 ,并推出了它们之间的关系式。     

基于MISR多角度光学遥感影像的海面风速估算实验

太阳耀光是来自粗糙海面的直接太阳反射光,其强度与海面粗糙度密切相关,而海面粗糙度主要受海面风场影响。因此,包含太阳耀光信息的光学遥感影像在海洋动力过程和海面风速探测中具有积极意义。本文利用2016年2月到2017年3月期间成像的25幅Terra卫星MISR(Multi-angle Imaging Spectro Radiometer)传感器的多角度遥感影像,分别提取了太阳的高度角和方位角、正视和后视影像的卫星观测角、方位角等信息,校正获得正视和后视影像的太阳耀光辐射强度,进一步反演海表面粗糙度信息,进而计算海面风速。最后利用ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的模式风速数据与反演获得的风速结果进行对比验证。结果表明,两者的相关系数较高(R=0.745),均方根误差和平均绝对偏差值分别为1.514 m·s^-1和1.319 m·s^-1。初步实验结果表明,利用MISR多角度光学遥感影像估算海表面风速是可行性的。     

基于支持向量回归的海面高度统计预报方法研究

本文提出一种基于支持向量回归的统计预报方法,通过经验正交分解对原始数据矩阵进行时空分解,提取出空间模态和时间系数。由于海面高度变化具有非线性、大惯性的特点,对时间系数进行小波分析,能有效滤除其中的高频信号,得到表征海面高度变化的低频信号。利用支持向量回归方法对小波分解后的低频信号构建预报模型。最后,进行小波重构,还原时间序列长度,实现未来7天的海面高度预报。通过黑潮附近海域的海面高度预报结果验证,该预报方法的预报效果优于整合滑动平均自回归预报方法。本文通过机器学习的算法实现了海面高度的预报,为海洋预报方法提供了新的思路。     

胶州湾海面溢油轨迹的数值模拟

对胶州湾湾口两侧——团岛和薛家岛 1个月的潮位观测资料进行调和分析 ,得出湾口两侧 M2 ,S2 ,O1,K1分潮的调和常数 ,进而建立了胶州湾内的预报潮流场。考虑风场对海面溢油的影响 ,给出了预测胶州湾溢油飘移轨迹的数值模型 ,对 1 983年 1 1月 2 5日“东方大使”号油轮在中砂礁触礁后的溢油的油膜漂移轨迹进行了数值模拟 ,结果与事故后观测到的结果相符 ,说明了数值模拟的正确性