PN断面东海黑潮的地转经验模态分析

基于东海PN断面近50年的历史水文数据,本文中作者应用一种斜压流函数空间投影的方法分析冲绳海槽北部黑潮水团的季节性和年代际变异.诊断生成的地转经验模态(GEM)显示黑潮中层水的盐度在夏季相对较低,春季达到最高.通过比较1987年之后CTD数据生成的GEM场与1987年之前BOttle数据生成的GEM场,得以证实黑潮的年代际变化特征,即黑潮表层水近20年来温度升高而盐度减小,同时发现黑潮热带水具有盐度增加而中层水具有盐度减小的趋势.     

海洋声层析观测技术和方法

叙述海洋声层析观测系统,以声线传播时间层析为重点概括了海洋声层析的基本原理和其他主要方法,共6个方法。对运用海洋声层析观测来反演海洋状态问题的建立、求解及其误差来源作了分析和讨论。以测量声线传播时间为例介绍了海洋声层析观测系统主要设计技术。     

海洋声层析的基本原理和应用

从射线声学和简正波声学的角度，概述了海洋声层析的基本理论，包括射线走时反演、简正波走时反演、简正波相位反演和简正波水平折射层析。海洋声层析以反演海水温度和流速为基础。还总结了声层析在海洋学研究中的应用。     

经验模态分解方法在潮余流分离中的应用

分析了用经验模态分解(EMD)方法处理非平稳信号的基本原理,完成了对实测海流资料的分离,分720h、25h、15h三种情况对EMD方法用于潮余流分离的有效性进行了验证。验证结果表明:EMD方法是一种有效的潮余流分离方法,尤其对于15h以内短期测流资料的潮余流分离具有明显的优势。     

一种逆式回声仪传播时间数据的处理方法

逆式回声仪（Inverted Echo Sounder,IES）是深海声层析领域主要的信息采集设备,它发射声信号并根据接收时间来反演海洋区域的物理性质。但是由于海洋深度的不均匀性,不同设备采集的信息难以进行统一使用。针对上述问题,基于墨西哥湾逆式回声仪采集数据开展研究,结合 IES 数据转化方法实现传播时间信息的拟合与去噪。还针对季节偏差与参考面转化进行深入研究,提出了一种考虑季节偏差的方法,将季节偏差从测量数据中剔除,并将时间数据转化到定义参考面上,有效提升了数据处理方法的鲁棒性。方法可适用于其他海域逆式回声仪数据的处理,也可为其他类似研究提供参考。     

海洋声层析研究的两个热点问题

综述了目前海洋声层析研究的两个热点问题 ,归纳了用声学方法监测气候变化和反演内波两个领域所取得的研究进展 ,总结了研究过程中存在的问题     

胶州湾流速场的声层析反演研究

采用结合匹配法和经验正交函数法的射线声层析反演方法,针对流场水平分布不均匀特点,使用距离等效分段方法对反演算法进行改进,利用三个断面声层析数据,对胶州湾口潮流场的垂直和水平分布进行反演。与传统方法比较,大大降低与实测流速垂直分布间的偏差,平均偏差小于0.02 m/s,流场垂直分布间的相关系数提高到0.85以上。分析了声传播断面上不同的流场结构,以及涨潮期间在胶州湾团岛附近出现的涡流现象,并计算得到湾口海水流量变化。结果表明,改进的射线声层析反演方法可有效地用于水平分布不均匀流场监测,仅采用少量声学观测站位,即可获得大范围的复杂流场三维信息,有利于近海海洋资源开发、海洋环境保护和船舶航行安全。     

经验模态法在中国沿岸海平面变化中的应用研究

我国现代海平面变化的系统研究,开始于80年代前后,主要集中于海平面年变率和预测。早期所采用的方法有直线回归法、周期法外推预测等,之后有本征分析方法、随机动态预测模型及灰色系统方法等,以上方法各有利弊,但都因为不能较精确得到海平面变化中的各种周期变化而使得预测精度较差,尤其是对于海平面变化中较长周期的分辨方面。     

层析方法在印度科拉拉-康坎（Kerala-Konkan）地区天然气水合物调查中的应用

地震层析是根据多道地震数据估算速度结构的有效方法。本次研究针对海上科拉拉-康坎（Kerala—Konkan）地区一条以前识别出似海底反射（BSR）的地震测线东段的多道地震数据,采用2D方法得到可能的速度场结构,并推测气体水合物,游离气的存在。层析模拟由反射相识别和不同源-接收器位置的走时拾取组成。利用这些拾取采用射线追踪技术进行正演和反演来得到2D速度场。本次模拟调查区的模型第一次显示出细微速度结构。2D模拟揭示了速度场沿地震线研究段的横向发生的变化。结果表明薄层沉积物盖层（约50—60m）的速度为1770至1850m／s。在海底之下具高P波速度（1980—2100m／s）的沉积物层被解释为水合物层,水合物层的厚度在110—140m之间变化。在水合物层底部有一低速层,速度为1660—1720m／s,被解释为游离气层,厚度在50—100m之间。本次调查表明在海上科拉拉-康坎（Kerala—Konkan）局部地区水合物之下存在游离气。     

极地深海冰盖条件下声传播数值试验

研究极地深海声传播特征具有重要的经济、军事价值,战略意义重大。基于KRAKENC分层弹性介质简振波模型对极地深海冰盖条件下的声传播特征进行数值模拟,得出极地海域向上折射环境和较小深度声源,是形成声道现象必要条件;冰盖的散射作用导致声传播衰减强烈,且深度越大的水层受冰盖影响越小,受海底边界影响越大;声源深度越小,受冰盖影响越大。     

EMD方法和Hilbert谱分析法的应用与探讨

利用EMD方法对海浪观测资料进行处理 ,通过在数据两端的“平衡位置”处分别附加平行直线段的方法进行端点抑制 ,分解出 1 0个内在模函数和 1个剩余趋势项 ,再对各内在模函数进行Hilbert变换 ,得到波浪的Hilbert谱。对所得结果的分析表明 ,各模态在Hilbert谱中的分布趋势和Fourier谱中谱线的变化趋势是一致的 ,第一模态的中心频率与Fourier谱的谱峰频率相对应 ;EMD方法是对非线性、非平稳过程数据进行距平化的好方法 ,距平化的过程和消除趋势项的处理是统一的。     

基于灰度预测的变长度经验模态分解方法研究

经验模态分解是目前分解非线性非平稳信号的有效方法,但其在应用时存在容易导致信号分解失真的端点效应问题。通过对现有的压制方法所存在的不足进行改进,提出了基于灰度预测的变长度经验模态分解方法,在端点处向外对称延拓一部分原始信号使其变成新的信号,进而利用基于灰度预测的经验模态分解方法计算固有模态函数。每得到一个固有模态函数之后,在两端切掉一定长度的序列,即预测不准确序列,从而避免因该序列被代入下一个固有模态函数的求解而导致中间信号被污染;随后利用正弦叠加信号和非线性非平稳信号等仿真数据进行分解实验。实验结果表明:无论是正弦叠加信号还是非线性非平稳信号,基于灰度预测的变长度经验模态分解方法的计算结果误差均小于常规经验模态分解和基于灰度预测的经验模态分解方法,同时对端点处相位信息的处理也更准确。     

异常事件对EMD方法的影响及其解决方法研究

作者指出异常事件在数据中形成局部的高频信号 ,运用经验模态分解 (EMD)方法分析这种存在异常事件干扰的数据 ,就会产生本征模函数 (IMF)的频率混叠现象 ,而造成物理过程的重叠 ,使得难以用时间过程曲线表现特定的物理过程。这一问题是 EMD方法中尚未妥善解决的问题。为解决这一问题 ,作者利用干扰信号极值及其两边的极大与极小值位置与原始数据有明显对应关系的特征 ,将相关 IMF中的异常信息直接滤除 ,再用 Spline插值方法弥补滤除时段的数据 ,得到重新拟合的该 IMF数据。采用这种方法可以提取出异常信号 ,提取的精度与异常信号的时段长度有关。而且 ,拟合结果消除了异常干扰 ,可以将该 IMF与其余 IMF一起叠加成没有异常干扰的数据。将滤除了异常干扰的数据再次进行 EMD分解 ,可以得到新的 IMF系列 ,而它与不加校正的分解结果有相当大的差别 ,可靠地反映了真实物理过程。结果表明 ,只有在有效滤除异常干扰的情况下才能获得可靠的 IMF系列 ,并准确地描述各种尺度的现象 ;消除了异常干扰的 IMF可以任意单独或组合使用 ,表现各种时间尺度的变化与过程 ;所讨论的方法只适合异常时段较小的情形。对于异常时段接近或大于正常变化周期的干扰还需要探讨其他方法     

海洋声学层析研究现状与展望

海洋声层析是1979年美国科学家W.Munk等人提出的,通过测量传播时间等声传播信号有关参量反演声波所穿越的海洋特征,得到大面积海域中的海洋动力学状态及其变化的估计。声层析方法自提出以来受到各国的重视。在最初的20 a间,以全球测温计划(ATOC)为代表的一系列验证实验推动了声层析的理论研究、设备研制和应用。步入21世纪后,声层析与海洋动力学的数据同化、利用滑翔机等设备的移动声层析以及沿海声层析得到重视,并进行了相关的理论与实验研究。纳入成像旗下的声层析希尔伯特方法、有效低功耗的分布式传感网络声层析,以及被动声层析,或将成为声层析未来研究的重要方向。     

Computer Simulation of Coastal Acoustic Tomography by a Two-Dimensional Vortex Model

Computer simulation of coastal acoustic tomography with four, five, seven and nine stations was applied to two-dimensional vortex fields of horizontal domain 5 km × 5 km. Travel time data obtained in reciprocal directions between all pairs of acoustic stations were analyzed to reconstruct the vortex fields by the stochastic inverse method, reduced to the damped least squares method. The weighting factor appearing in the inverse analysis was determined by applying the L-curve method, in which a point making both the size of estimated error ‖y - Ex‖ and solution ‖x‖ as small as possible in a balance is specified as an optimum. The performance of this method was examined using two-dimensional vortex models which have different wavenumber spectra and adding the random error of different levels to the travel time difference data y. This study suggests that in the selection of the optimal weighting factor the horizontal section of the simulated tidal vortex fields can be well reconstructed by the coastal acoustic tomography system composed of five to seven acoustic stations located in the periphery of the vortex fields. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

载人潜水器在深海海洋测绘中的应用

介绍了载人潜水器的特点及其在深海海洋测绘中的重要作用,详细论述了美、法、日、俄等国的载人潜水器在深海海洋测绘中的应用现状,并对我国"蛟龙"号载人潜水器在深海海洋测绘中的应用进行了展望。     

Shallow-Water Acoustic Tomography Performed From a Double-Beamforming Algorithm: Simulation Results

Recent shallow-water experiments in sea channels have been performed using two vertical coplanar densely sampled source and receive arrays. Applying a double-beamforming algorithm on the two arrays both on synthetic numerical simulations and on experimental data sets, we extract efficiently source and receive angles as well as travel times for a large number of acoustic rays that propagate and bounce in the shallow-water waveguide. We then investigate how well sound-speed variations in the waveguide are reconstructed using a ray time-delay tomography based on a Bayesian inversion formulation. We introduce both data and model covariance matrices and we discuss on the synthetic numerical example how to choose the a priori information on the sound-speed covariance matrix. We attribute the partial sound-speed reconstruction to the ray-based tomography and we suggest that finite-frequency effects should be considered as the vertical and horizontal size of the Fresnel zone significantly spreads in the waveguide. Finally, the contribution of a different set of ray angles for tomography goal is also presented.