借助EGM2008的海域重力异常反距离加权插值算法

构建高精度高分辨率的海域重力异常模型,是将海洋重力测量数据应用于全球高程基准统一和水下重力匹配导航等技术领域的关键步骤之一。针对反距离加权插值算法仅利用了海域重力观测值的空间信息,没有考虑重力观测值物理特性的缺陷,提出一种借助EGM2008重力场模型构建海域重力异常模型的反距离插值算法。以DTU10重力异常数值模型为基础数据,设计了海域重力测量数据格网化实验,结果表明本文算法能有效改进海域重力异常格网模型的计算精度。     

一种顾及各向异性的数字水深模型插值方法

提出了一种顾及各向异性的数字水深模型插值方法,通过局部水深信息解析海底地形的微地貌结构特征,构建了顾及距离和方向的水深插值模型。实验证明,所提方法较距离反比例平方加权法能更多地保留地形信息,同时具有更高的插值精度和插值稳定性。     

空间内插法在航道测量水深检测中的应用

针对目前航道测量水深检测中主要依赖人工判读比对的主观随意性问题,探讨空间插值法在水深检测中应用的可行性。选取地形条件各异的测点样本数据,用反距离加权插值法、克里格插值法、样条函数插值法、自然邻点插值法对其插值分析。通过实验比较发现,需针对具体的地形特征选择最优空间插值法,对河床地形起伏大、水深测点密度较低的区域,空间插值误差的比对超限比例会超出规范允许的限值,故较难进行实际应用;反之,空间插值法具备应用可行性。     

顾及空间自相关特征的机器学习水深反演方法研究

基于多光谱影像的水深反演方法是获取近岸水深信息的高效手段,然而反演精度低一直是制约其广泛应用的瓶颈。本文聚焦于实测水深与多光谱数据自身的空间自相关特性,提出在机器学习框架下将学习样本的空间自相关特征与统计互相关特征相结合,以提高水深反演精度。西沙北岛海域的实验结果表明：在实测数据量较小的情况下,相比传统机器学习,顾及自相关特征的新方法可获得18%的精度提升;而当实测数据量充足时,精度提升可达到27%。结果表明,将数据源的空间自相关特征融入机器学习算法中,可显著提升多光谱水深反演结果的精确性,进而为浅海海洋研究提供有效数据支撑。     

基于改进反距离加权算法的海底DEM建模方法

为了实现海底地形三维可视化,首先需要对海量多波束离散水深数据进行DEM建模处理。其中,基于反距离加权网格化的内插法原理简单、效率较高,生成的DEM模型较为贴近海底实际底面,适用于海底地形数字建模。但本文在实际建模过程中发现传统反距离加权算法在理论上存在缺陷,因此本文引入圆形窗口和夹角权因子对插值算法进行进一步改进。实例表明,改进反距离加权算法可以有效提高海底DEM的建模效率与精度。     

基于双树复数小波变换的特征点水印算法

提出了一种基于双树复数小波变换的特征点数字水印算法。对图像做三级双树复数小波变换,用F rstner算子提取图像低频子带中的特征点,根据复数小波变换的系数特点,通过修改相应的高频系数来实现水印信息的调制嵌入,提取水印信息的同时能够近无损恢复原始载体图像。算法兼顾了水印的鲁棒性和不可见性,能够有效抵抗剪切、平移、旋转等几何攻击,对线性拉伸、低通滤波等攻击也具有一定的鲁棒性。     

黄海渔业资源密度空间插值方法的比较研究

空间插值是渔业生态学研究,特别是海洋生态系统模型构建中的常用工具。为找到适合黄海渔业资源密度的插值方法,本文对四种常用的空间插值方法进行了比较研究。四种插值方法分别为反距离加权（Inverse distance weighted,IDW）、全局多项式（global polynomial interpolation,GPI）、局部多项式（local polynomial interpolation,LPI）和普通克里格（ordinary kriging,OK）。采用交叉验证分析（cross-validation diagnostic）确定不同插值方法的准确度。同时,结合渔业资源密度空间分布的可视化表达,比较不同插值方法结果的优劣。结果表明,原始的生物学数据具有典型的非正态分布特征,对数转化方法能让其显著地接近或符合正态分布。四个调查阶段中,指数模型在2014年8月和10月为最佳半方差函数,2015年1月和5月数据具有明显的纯块金效应。配对样本T检验表明,预测数据和实测数据之间没有显著差异（P>0.05）。交叉验证结果表明,OK在2014年10月插值效果最好,IDW在剩余的三个航次表现最佳,GPI和LPI表现效果不佳。OK在空间分布的可视化表达方面效果最好,既不像IDW一样有较多的“牛眼”效应,也不像GPI和LPI一样具有过多的平滑效果。然而,纯块金效应的存在有时会影响OK的应用。综上所述,我们推荐操作简单且处理快速的IDW作为黄海渔业资源密度常规的插值方法。     

Comparing different spatial interpolation methods to predict the distribution of fishes: A case study of Coilia nasus in the Changjiang River Estuary

Spatial-temporal distribution of marine fishes is strongly influenced by environmental factors. To obtain a more continuous distribution of these variables usually measured by stationary sampling designs, spatial interpolation methods(SIMs) is usually used. However, different SIMs may obtain varied estimation values with significant differences, thus affecting the prediction of fish spatial distribution. In this study, different SIMs were used to obtain continuous environmental variables(water depth, water temperature, salinity, dissolved oxygen(DO), p H,chlorophyll a and chemical oxygen demand(COD)) in the Changjiang River Estuary(CRE), including inverse distance weighted(IDW) interpolation, ordinary Kriging(OK)(semivariogram model: exponential(OKE),Gaussian(OKG) and spherical(OKS)) and radial basis function(RBF)(regularized spline function(RS) and tension spline function(TS)). The accuracy and effect of SIMs were cross-validated, and two-stage generalized additive model(GAM) was used to predict the distribution of Coilia nasus from 2012 to 2014 in CRE. DO and COD were removed before model prediction due to their autocorrelation coefficient based on variance inflation factors analysis. Results showed that the estimated values of environmental variables obtained by the different SIMs differed(i.e., mean values, range etc.). Cross-validation revealed that the most suitable SIMs of water depth and chlorophyll a was IDW, water temperature and salinity was RS, and p H was OKG. Further, different interpolation results affected the predicted spatial distribution of Coilia nasus in the CRE. The mean values of the predicted abundance were similar, but the differences between and among the maximum value were large. Studies showed that different SIMs can affect estimated values of the environmental variables in the CRE(especially salinity).These variations further suggest that the most applicable SIMs to each variable will also differ. Thus, it is necessary to take these potential impacts into consideration when studying the relationship between the spatial distribution of fishes and environmental changes in the CRE.     

基于210Pb、137Cs分布和粒度特征的海床液化深度判定研究以埕岛海域为例

黄河水下三角洲海床液化现象分布广泛,对海底工程设施造成了极大威胁,确定液化深度可为海上工程建设提供参考,具有很大的理论意义和应用价值。在黄河水下三角洲北部埕岛海域液化扰动区钻探取得柱状沉积物对其进行剖面图像扫描、放射性核素和粒度成分测试,获得图像分层特征、²¹⁰Pb、¹³⁷Cs活度及粒度剖面,在此基础上计算得到沉积速率。结果表明：埕岛海域受黄河1976年由刁口流路改道清水沟流路事件影响显著,这一时期沉积速率大幅减小并呈现阶段性特征;快速沉积时期表层沉积物频繁液化产生的砂层不断累积,从而形成密集砂层;通过分析²¹⁰Pb_ex、¹³⁷Cs活度剖面获得研究区液化历史的沉积记录,判定历史液化深度至少为5 m,这一结论与前人研究相近。以²¹⁰Pb、¹³⁷Cs的活度为工具来判断沉积物液化历史及深度存在一定的可行性,具有很大的发展潜力。     

海洋混合层深度时空分布及其与风、浪参数的相关性分析

本文应用一个经验证的全球尺度FVCOM海浪模型,模拟了2012年全球海洋海浪场的分布和演变,分析了海表面风场、海浪场与混合层深度的全球尺度分布及相关性。综合观测资料和模型结果显示,海表面10 m风速、有效波高与混合层深度的全球尺度分布随季节发生显著的变化,并且其分布态势存在明显的相似性。从相关系数的全球分布来看,海表面10 m风速在印度洋低纬度海区（纬度0°~20°）与混合层深度间有较强的相关性,相关系数大于0.5;有效波高与混合层深度间相关系数大于0.5的网格分布在北半球高纬度海区和印度洋北部。谱峰周期与混合层深度间在部分海区存在负相关关系,这些网格主要分布在低纬度海区（纬度0°~30°）。统计结果显示,有效波高、海表面10 m风速和谱峰周期与混合层深度间的平均相关系数分别为0.31、0.25和0.12。综合以上结果表明,有效波高较谱峰周期能更有效地表征波浪能对海洋上层混合的影响;相比于海表面风速,有效波高与混合层深度间存在更强的相关关系,其变化对海洋上层混合有更显著的影响。