我国近海1992-2006年海平面变化的小波分析

用14年多的多颗测高卫星同化海面异常数据,分析我国近海海平面信号变化特征,结果显示年周期信号在我国海域海平面变化中占有主导地位。其次,半年周期信号在南海也有较强显示,而黄海和东海则表示为高频信号,半年起伏及高频信号的周期和振幅均不稳定。首次在南海和东海海域发现存在一周期为准540 d的信号,其物理机制尚不明确。用标准Morlet小波变换方法对上述周期信号进行了提取。验潮站数据也证实了该信号的存在。海面异常分析结果显示在1993~2007年期间,我国海平面平均升高速率:黄海为(4.01±0.49)mm/a,东海为(4.61±0.35)mm/a,南海为(3.68±0.41)mm/a。海平面上升趋势地理分布结果显示海平面变化具有很大的空间差异性。     

卫星测高推求的中国近海与全球海平面变化的趋势及小波相关分析

基于多种卫星测高资料融合海面高数据对黄海、东海、南海和全球海平面异常在1993年至2005年期间的变化趋势进行分析,结果表明:黄海、东海、南海线性趋势分别为5.05mm/a,4.8mm/a,4.27mm/a,均大于全球平均趋势项2.66mm/a,各海域的周期振幅和相位变化也存在较大差异。近海各海域与全球的海平面异常的小波交叉谱和相关谱分析表明,近海各海域与全球海平面异常变化在年际周期上具有较高的谱能,但相位差异较大,短周期相关性不明显。     

中国近海1992～1998海平面变化监测与分析

利用Topex/Poseidon和ERS-1卫星测高资料采用“共线”法计算出1992-10～1998-06中国近海海域海平面及其变化。在扣除T/P卫星测高仪的零点漂移影响后,发现与全球海平面上升率(+2.1±1.3)mm/a相比,不同海域的海平面变化趋势大不相同,黄、东、南海的海平面年变化率分别为：(+3.44±0.61)mm/a,(+3.12±0.47)mm/a,(-1.41±0.48)mm/a。从海平面变化异常中可以看出1993,1994,1997～1998年3次El Nino异常对中国近海海域海平面的影响是南海海域最大,东海次之,黄海最小。除了对海平面进行传统的频谱分析外,还进行了多分辨率的小波分析,还发现在上述3个海域中除了年周期变化较为稳定外,半年及季节(100 d)周期项存在着时间漂移。此外,在上述3个海域还存在着明显的两个月(62 d)周期的变化,其激发原因在此做了初步探讨。     

四、海洋测量学

CH20002412 中国近海1992～1998海平面变化检测与分析/王海瑛(中国科学院测量与地球物理研究所)…∥测绘学报.—2000,29(增刊).—32～37利用 Topex/Poseidon 和 ERS-1卫星测高资料采用“共线”法计算出1992.10～1998.06中国近海海域海平面及其变化。在扣除 T/P 卫星测高仪的零点漂移影响后,发现与全球海平面上升率(+2.1±1.3)mm/a 相比,不同海域的海平面变化趋势大不相同,黄、东、南海的海平面年变化率分别为(+3.44±0.61)mm/a.(+3.12±0.47)mm/a,(-1.41±0.48)mm/a。从海平面变化异常中可以看出1993.1994,1997～1998年3次 EINino 异常对中国近海海域海平面的影响是南海海域最大,东海次之,黄海最小。除了对海平面进行传统的频谱分析外,还进行了多分辨率的小波分析,还发现在上述3个海域中除了年周期变化较为稳定外,半年及季节(100d)周期项存在着时间漂移。此外,在上述3个海域还存在着明显的两个月(62d)周期的变化,其激发原因在此做了初步探讨。图3表2参7     

1993～2015年中国南海海平面变化的初步研究

利用多代卫星测高资料,采用线性回归、傅里叶变换、经验模态分解(EMD)算法等,对1993~2015年中国南海海平面变化的规律进行分析。结果表明,近23 a来,中国南海海平面总体呈现明显上升趋势,平均上升速率为2.4 mm/a,具体上升速率呈现先上升后下降趋势。中国南海海平面存在显著的年际和年代际变化,其主要变化周期有1 a,0.5 a,1.5 a,2~3 a,4~7 a,其中最显著的为1 a周期信号,夏秋季节海平面高度较高,春冬季节较低。     

中国海洋上空细粒子气溶胶与短寿命痕量气体的时空关系

定量分析气溶胶与痕量气体之间的时空变化关系有助于进一步研究气粒转化。本文采用2006年—2015年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子模态比(FMF)和OMI痕量气体(SO_2、NO_2和HCHO)数据,对黄海、东海和南海区域上空的细粒子气溶胶与痕量气体进行定量分析。先对气溶胶和痕量气体作均值分析发现:AOD_(fine)、SO_2、NO_2和HCHO的均值在黄海、南海、东海均依次减小;再对气溶胶对痕量气体的敏感度分析发现:黄海地区的AOD_(fine)对SO_2最敏感,敏感度为0.424,这与中国东部沿海城市的人为排放有关;而东海和南海地区对HCHO的敏感度较高,依次为0.664和0.545,主要受东南亚和中国南方地区生物质燃烧影响。最后,对3个区域的气溶胶与痕量气体按季节作相关性分析发现:黄海地区AOD_(fine)在夏秋两季与SO_2的相关性较强(R0.5),主要由于夏秋两季的温湿度大,利于发生气—粒转化;东海地区夏季HCHO与AOD_(fine)相关性较明显(R=0.57);南海春季HCHO与AOD_(fine)相关性较好(R=0.57),呈现出区域与季节性的变化。最终发现,气溶胶与痕量气体随着时空变化存在相关关系。     

中国大陆导航连续站周期信号空间规律研究

为了进一步分析我国GNSS周期信号的空间分布规律,文章基于我国大陆及周边IGS站与中国地壳运动观测网络基准站的坐标时间序列,给出定量标准剔除质量差的测站;采用分段线性拟合法提取并扣除时间序列的趋势项;采用"拉依达准则"剔除时间序列中的奇异值;采用4参数三角函数拟合出时间序列的周期与幅度;分析东向、北向、垂向3个方向的年周期、半年周期的振幅与最大值出现月份在我国的空间分布情况。分析结果表明:3方向年周期的振幅都是半年周期振幅的两倍以上,3个方向不同周期振幅的空间分布规律差异明显。     

东亚土地覆盖对ENSO事件的响应特征

对1982—1993年气候年际变化的强信号——ENSO进行了确认及再分类。以美国地质调查局EROS中心提供的AVHRR 8km NDVI为数据源，应用地理信息系统技术，计算了1982—1993年每年夏季(5—9月)NDVI平均影像。在此基础上用数据断面分析法对ENSO年东亚地区土地覆盖的空间分布进行了分析，再用主成分分析法对同一时间序列NDVI平均影像进行了运算，发现其第7主成分影像所反映的土地覆盖分布与数据断面分析法所反映的结果是一致的。对此，进一步分析了第7主成分的特征向量与代表ENSO变化特征的南方涛动指数(SOI)之间的关系，进而，对ENSO驱动下的东亚地区土地覆盖年际变化的空间分布特征进行了总结。     

联合多代卫星测高数据构建中国近海及邻域海平面异常序列

首先给出海面高的计算方法,并引入基于高斯滤波的粗差探测方法,有效地剔除了各弧段测高数据存在的粗差。通过对3颗卫星同步运行段测高数据的分析,得到3组数据在中国近海及邻域的平均偏差分别为:Jason-1相对T/P需改正-8.77 cm;Jason-2相对Jason-1需改正-7.33 cm,两者均小于其在全球海域的改正值。以T/P测高数据所得平均海平面为基础,利用改正后的Jason-1、Jason-2数据,得到该海域18年海平面异常时间序列,海平面平均上升速率约为4.9 mm/a。分别对中国近海各海域海平面异常时间序列进行分析,得到渤海、黄海、东海及南海的海平面平均上升速率分别为:2.5 mm/a、3.2 mm/a、3.6 mm/a和6.2 mm/a。将所得每周期离散正常点的观测数据格网化,然后逐格网计算海平面异常时间序列,得到研究海域18年来海平面异常平均上升速率的分布情况。结果表明,研究海域海平面上升速率高于全球平均水平。     

我国IGS站的周期变化特征

利用谱方法和小波技术分析了我国IGS站坐标时间序列,阐述了其周期变化特征,即绝大部分台站在N、E、U方向都具有半年周期性、年周期性,U方向周期特性相对明显,同时台站的主要周期成分和时频局部特性又具有一定区域性.     

Influence of tide models on the use of altimetry data to research sea level anomaly

A tide model (named DN1.0), which contains 12 principal constituents over China seas and the Northwest Pacific is estimated by along-track harmonic analysis with TOPEX/Poseidon altimetry data taken from 1993 to 2002. CSR3.0, FES95.2 and DN1.0 are used respectively to detide the data for the time series of sea level anomaly (SLA) in the Yellow Sea, East China Sea, South China Sea and Northwest Pacific. The SLA curves and the power spectral density show that the major components that exist in SLA in China seas arise from the error of the tide models.     

Influence of Tide Models on the Use of Altimetry Data to Research Sea Level Anomaly

A tide model (named DN1.0), which contains 12 principal constituents over China seas and the Northwest Pacific is estimated by along-track harmonic analysis with TOPEX/Poseidon altimetry data taken from 1993 to 2002. CSR3.0, FES95.2 and DN1.0 are used respectively to detide the data for the time series of sea level anomaly (SLA) in the Yellow Sea, East China Sea, South China Sea and Northwest Pacific. The SLA curves and the power spectral density show that the major components that exist in SLA in China seas arise from the error of the tide models.     

联合卫星测高、GRACE、海洋和气象资料研究南海海水质量变化

首先利用重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment,GRACE）卫星重力、卫星测高和海洋温盐数据分析了2003-2012年间南海海水质量的变化特征,进而结合海洋和气象资料探讨了厄尔尼诺和南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）、净淡水通量、海水体积输送和陆地径流在此期间对南中国海海水质量变化的影响。研究结果表明,南海海水质量变化主要受海面净淡水通量和海水体积输送的联合调制影响,周边陆地径流对其影响有限。南海海水质量季节性变化显著,且具有明显的长期增加趋势;ENSO通过改变降水和黑潮自吕宋海峡流入南海的水量影响南海海水质量,使得南海海水质量存在着显著的具有ENSO特征的年际变化。     

潮汐模型对利用卫星测高数据研究海平面变化的影响

利用T/P测高数据反演了中国近海及西北太平洋海域的潮汐参数,构造了CSR3.0、FES95.2和T/P反演的海潮模型改正下的海面高时间序列,通过海面高变化曲线及功率谱的比较确定了利用测高数据发现的海平面季节内变化主要是潮汐模型误差的贡献.     

运用MODIS遥感数据评测南海北部区域机载激光雷达测深系统参数

为研究中国南海北部海域在CZMIL海道测量模式下的最大可测水深的空间分布情况,首先探讨了现有的南海北部海域漫衰减系数K_d（490）反演算法,运用南海北部海域水色实测数据建立了漫衰减系数K_d（490）和K_d（532）之间的数值关系,总结了漫衰减系数K_d（532）和CZMIL系统最大可测水深之间的关系。通过2014年Aqua-MODIS遥感光谱数据得到了南海北部海域1月、6月、10月的海水漫衰减系数K_d（532）参数,研究发现6月份时该区域平均漫衰减系数相对较小,于是进一步合成了该月份的CZMIL系统测深能力空间分布图。结果表明：CZMIL系统在南海北部海域的可测水深约为0~71.18 m;6月份比1月、10月更适合激光测深作业。该研究为南海北部海域开展激光测深作业的时间选择和飞行方案的制订提供了参考。     

Jason-2高度计数据在中国四大海域的波形重跟踪与分析

在Brown-Hayne模型基础上,利用迭代最小二乘算法实现了回波波形参数的重跟踪,同时利用重心偏移算法(OCOG)、阈值算法对Jason-2 卫星的波形数据在中国渤海、黄海、东海、南海4个海域开展了波形重跟踪试验。试验表明,在4个海域,Brown-Hayne模型法获得的波形重跟踪结果相比较于阈值法、OCOG算法与法国空间局(CNES)公布结果最为一致,相互较差的标准差约2 cm左右。50%阈值算法获得的波形重跟踪结果相比较于其它阈值精度更优,与CNES比较其标准差在3~6 cm,但存在4~10 cm的系统偏差。OCOG算法获得的结果存在较大误差,但其结果可作为Brown-Hayne模型解算的初始值。当卫星地面轨迹靠近大陆时,波形重跟踪获得的海面高改正量会较宽阔海域增大,其中南海区域的海面高改正量最大,可达1 m,其原因可能是卫星地面轨迹经过了西沙群岛,雷达回波波形受到了一定的影响。     

多卫星传感器南海叶绿素a浓度遥感数据融合

利用平均法、生物光学模型法和最优插值法3种数据融合方法对卫星传感器MODIS-Aqua、MOIDS-Terra及MERIS获取的南海叶绿素a浓度的数据进行了融合,通过比较融合产品的质量,对3融合方法进行了评价。(1)利用现场测量的南海遥感反射率和叶绿素a浓度数据建立了南海叶绿素a浓度的反演模型,并应用于MODIS-Aqua、MOIDS-Terra及MERIS Level 2反射率数据,获取南海叶绿素a浓度。(2)将平均法、生物光学模型法、最优插值法分别应用于上述3颗卫星的叶绿素a数据进行数据融合,并用现场测量的同步叶绿素数据对融合后的产品进行了印证。(3)利用3种融合方法分别对南海2011年MODIS-Aqua、MODIS-Terra和MERIS等3个传感器的叶绿素a数据进行了月融合,分析了融合的南海叶绿素a浓度的时空分布特征。结果表明,融合数据大幅度提高了空间覆盖率,且具有较高可信度。平均法、生物光学法和优化插等3种融合方法性能有较大的不同,生物光学法具有高的运行速度,但有时空间覆盖率仍不能满足要求;优化插值法具有高的空间覆盖率,但其运行速度较慢。因此,在具体应用中,应根据需求选择合适的融合方法。     

应用全张量重力梯度组合识别并提取中国南海断裂

断裂构造研究是重力解释的一项重要工作,与构造单元划分密切相关。全张量重力梯度数据以其信息量大、含有更高频的信号成分,能更好地描述小的异常特征等优点在地球物理领域中得到广泛应用。基于全张量重力梯度组合研究中国南海断裂识别及提取方法。首先,比较多种重力梯度边界识别方法,包括直接利用重力梯度三分量法和全张量梯度组合法,分析它们的优缺点。通过对比分析,传统重力梯度三分量方法不能有效地均衡深浅异常的振幅,当异常中同时出现正负异常可能产生假的边界结果。全张量重力梯度组合法不仅可以有效地避免传统方法的缺陷,而且获得的边界还具有良好的连续性和收敛性。其次,利用改进的边缘检测计算理论边界提取法确定断裂的精确平面位置,得到了与全张量梯度组合法一致的结果。由此推断,南海断裂以北东走向和北西走向为主,北东东、北西、东西和近南北走向为辅。     

利用验潮站资料的中国近岸海潮模型精度评估

针对全球海潮模型在我国近海海域精度较差的问题,该文采用中国沿岸30个长期验潮站的调和常数,对比了3种全球海潮模型DTU10、TPXO7.2、NAO.99b和1个区域海潮模型NAO.99Jb在中国沿岸的准确度。通过海潮模型与验潮站分潮的振幅中误差、迟角中误差以及8个主要分潮的预报误差,对渤海、黄海、东海和南海北部进行了详细的分析。结果表明,NAO.99Jb在中国海域精度最高,NAO.99b次之。在渤海海域,DTU10在Q_1分潮精度最高,NAO.99b在K2分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99Jb精度最高;在黄海海域,NAO.99b在Q_1分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99Jb精度最高;在东海海域,DTU10在Q_1分潮精度最高,TPXO7.2在P1精度最高,NAO.99Jb在O1、M2分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99b精度最高;在南海北部海域,DTU10在N2、S2分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99Jb精度最高。     

Determination of Geoid over South China Sea and Philippine Sea from Multi-satellite Altimetry Data

A new computational procedure for derivation of marine geoid on a 2.5′×2.5′grid in a non-tidal system over the South China Sea and the Philippine Sea from multi-satellite altimeter sea surface heights is discussed. Single-and dual-satellite crossovers were performed, and components of deflections of the vertical were determined at the crossover positions using Sand-well's computational theory, and gridded onto a 2.5′×2.5′resolution grid by employing the Shepard's interpolation procedure. 2.5′×2.5′grid of EGM96-derived components of deflections of the vertical and geoid heights were then used as reference global geopotential model quantities in a remove-restore procedure to implement the Molodensky-like formula via 1D-FFT technique to predict the geoid heights over the South China Sea and the Philippine Sea from the gridded altimeter-derived components of deflec-tions of the vertical. Statistical comparisons between the altimeter-and the EGM96- derived geoid heights showed that there was a root-mean-square agreement of ±0.35 m between them in a region of less tectonically active geological structures. However, over areas of tectonically active structures such as the Philippine trench, differences of about -19.9 m were obtained.