中国南海海域Jason-1卫星回波波形分析

介绍了卫星雷达高度计回波波形形成原理,并对Jason-1卫星经过中国南海海域的回波波形进行了分析.分析结果说明在近海海域的部分回波波形受到地形严重影响,需要通过波形重构进行误差修正.     

HY-2A卫星高度计不同重跟踪方案对反演海浪有效波高的影响

本文基于Amarouche的二阶理论回波模型,导出了带有偏度系数的二阶理论回波模型;针对HY-2A卫星高度计波形特点,引入了奇异值分解滤波,并根据最大似然估计算法反演参数的不同得到6种重跟踪方案;利用其中的五参数方案处理该波形数据,获得海面散射点高度概率密度函数中偏度的合理取值为0.15;将结果分别与浮标、Jason-1和HY-2AIDR有效波高对比,分析6种方案反演有效波高的准确度,确定了MLE4_SVD(波形重跟踪之前进行滤波)对HY-2A高度计重跟踪更适合反演有效波高。     

中国近岸海域高度计JASON-1测量数据的波形重构算法研究

卫星雷达高度计的测量数据目前已被广泛应用于各个领域,但高度计在近海的测量数据却一直不可用,一方面是因为高度计在近岸海域的回波波形测量受陆地回波的影响,另一方面是因为一些校正量对近海不准确,如大气湿对流层校正、海洋潮汐校正以及大气高频因数校正等。通过对高度计在近海测量的回波波形进行重构处理,可以缩短近海数据不可用的距离,提高数据的数量和质量。以我国海域及邻近海域(14°~45°N,105°~130°E)为研究区域,采用四种波形重构算法(海洋算法、重力中心偏离算法、冰层算法二和阈值算法)对JASON-1高度计1 a共31个周期的测量波形重新进行了计算,比较了轨道交叉点处升轨和降轨的海面高度异常值以及海面高度值与验潮站的实测水位,结果表明重力中心偏离法比其他三种算法更适合我国近海的测高波形重构:计算结果精度最高,有效数目最多。     

多代同任务测高卫星数据的系统误差分析

利用T/P卫星、Jason-1卫星以及Jason-2卫星同步段的Corssh数据,研究了黄海海域同步段不同测高卫星的测高系统差,得到了T/P卫星与Jason-1卫星间升轨与降轨系统差为0.074m与0.075m,Jason-1卫星与Jason-2卫星间升轨与降轨系统差为0.066m与0.076m。通过计算多代卫星数据的系统误差,提高了融合数据成果的可靠性。     

GM测高数据反演中国近海及邻域精细重力场

综合对比4种波形重跟踪算法,选择改进阈值法处理Jason-1GM数据,联合波形重跟踪后的Geosat和ERS-1GM数据,沿轨2Hz重采样以提高数据空间分辨率。通过数据质量控制剔除粗差数据,考虑海表面地形的影响,基于移去-恢复法和维宁-曼齐兹公式反演了中国近海及邻近海域(0°~45°N,100°~140°E)1′×1′的精细重力场。船测数据检核表明反演结果在开阔海域精度约4mGal,近岸浅水区约10mGal,均优于DTU10和V21.1模型。     

利用测高卫星评估深海压力仪测深精度的方法

针对深海压力仪高质量精度评定的需求,研究了利用海洋测高卫星数据对此进行评估的方法.利用测高卫星对海面高高精度测量的特性,以测高卫星过顶深海压力仪所在海域为前提,给出了通过测高卫星数据评估深海压力仪相对测深精度的原理.使用Jason-3卫星151弧段前51周期的测量数据,对21419号DART测站所使用深海压力仪的测量精...     

基于卫星测高数据的潮汐分析方法对比研究

基于卫星测高数据的潮汐分析是建立海潮模型的基本方法之一,主要包括调和分析方法和正交响应分析方法。利用上述两种方法对中国海和西太平洋海域的Topex/Poseidon(TP)、Jason-1(J1)和Jason-2(J2)卫星测高数据进行了潮汐分析,并将两种方法的计算结果进行对比研究。结果表明,观测时间序列的长度对潮汐信息提取的准确度有较大影响。满足分离任意两个分潮会合周期的卫星测高观测时间序列下,两种方法的准确度基本相同。短时段的数据受混叠效应影响明显,正交响应分析较调和分析准确度更高。     

利用多代卫星测高数据计算中国近海及邻域重力异常

为提高海洋重力场数据的精度和空间分辨率,联合Jason-1/2、T/P、Envisat、ERS-1/2、Geosat等多代卫星测高数据计算中国近海及邻域(0°~42°N,100°~140°E)2′×2′重力异常。对卫星测高数据分别进行共线处理和自交叉点平差,并以T/P卫星测高数据为基准进行多星数据联合平差,有效削弱了卫星测高数据的时变影响和不协调性;利用逆Vening-Meinesz公式计算重力异常,与船测重力相比,均方根误差为5.4 mgal。结果表明,通过引入高精度的卫星测高数据,结合多项平差处理手段,提高了海洋重力异常的计算精度。     

近海海域垂线偏差的测量试验及精度分析

为深入研究垂线偏差在海域的精度水平,在我国渤海近海区域利用数字天顶仪及精密单点定位技术测量获得了若干高精度垂线偏差测量值,利用测量值对EGM2008模型、Jason-1卫星数据、DTU10海面高模型及点质量模型计算得到的垂线偏差进行了比对分析。以测量结果为基准,比较结果表明,EGM2008模型的计算结果相对较好,Jason-1卫星数据和点质量模型次之,DTU10海面高计算结果较差。以长岛观测点为代表,EGM2008模型、Jason-1卫星数据、点质量模型计算的垂线偏差与数字天顶仪测量获得的垂线偏差的差异(子午和卯酉两个方向)在1. 5″以内。     

基于聚类分析的多子波优化重定算法

提出了基于聚类分析的多子波优化重定算法,即利用聚类分析对波形进行分类,然后在分类的基础上对每一聚类的波形分别采用β参数拟合算法和门槛算法对其进行重定,最后以误差平方和最小为依据选择最优的作为最后的结果。经过基于聚类分析的多子波优化算法重定后的卫星测高数据与验潮站数据进行了比较,发现该算法能在一定程度上改善近海卫星测高数据的精度,提高重定成功率,降低重定次数。     

Ku– and Ka-band Altimeter Data in the Northwestern Mediterranean Sea: Impact on the Observation of the Coastal Ocean Variability

The strong increase in altimeter measurement errors near land surfaces is a limiting factor for coastal applications. We analyze the performance of the new Ka-band SARAL/AltiKa (SRL) mission in the northwestern Mediterranean Sea. SRL sea surface height (SSH) measurements are compared with those from the Jason-2 Ku-band satellite mission. The results show a significant increase in both quantity and quality of SSH data available near coastlines when using SRL data. Available edited data are 95.1% of SRL compared with 88.6% for Jason-2. Closer than 10 km to the coastline, available SRL data are still about 60% and only about 31% for Jason-2. Comparisons of the altimeter sea level variations are made with available coastal tide gauge data. The differences obtained between altimeter and tide gauge SLA time series are reduced for SRL (3.3 cm in average) compared with Jason-2 (4.2 cm in average), especially closer than 30 km to the land. It results in higher correlations (by 30%) obtained with SRL data. The coastal circulation derived from altimetry using SRL data shows an offshore meandering, which is more stable in time and with larger velocities close to the coast than that derived from Jason-2 observations.     

基于与Jason-2数据比对的Jason-3卫星高度计全球数据质量评估

Jason-3卫星高度计于2016年1月17日成功发射,2016年2月12日进入预定轨道,与Jason-2高度计同轨进入编队飞行阶段,并落后Jason-2高度计约1分20秒,两者相距约560 km。2016年9月1日,Jason-2高度计变换轨道,编队飞行阶段结束,两高度计进入平行轨道,以增加卫星高度计对地观测的空间覆盖。本研究主要开展了Jason-3高度计的数据质量的评估与检验,包括Jason-3高度计数据可用性和有效性的验证,以及Jason-3高度计和校正辐射计各参数的数据质量监测。重点开展了Jason-2与Jason-3高度计各项参数的综合比较,利用Jason-2与Jason-3高度计编队飞行阶段的数据精确评估了两高度计参数的一致性,并从全球数据角度分析了Jason-3高度计获取各参数的能力以及稳定性;通过与Jason-2互交叉点比较分析评估Jason-3高度计海面高度数据质量情况,验证Jason-3高度计数据精度。结果表明,Jason-3高度计的数据质量满足高度计测高的要求,具有与Jason-1、Jason-2、T/P等高度计相同或更高的测高精度以监测全球海平面变化,此外,Ja...     

卫星测高定标场选址中有效波高因素分析

利用Jason-3卫星在国外4个主要卫星高度计定标场所在海域的测量数据,分析了这些海域的有效波高变化特性。在我国大陆沿岸选取了Jason-3卫星经过的12个海域,分析了它们的有效波高变化特性,给出了在我国大陆沿岸建设卫星测高定标场的选址建议。Bass、Corsica、Gavdos等3个定标场海域的平均有效波高约为1.1 m,说明平均有效波高1.1 m及以下的海域适用于建设定标场。选定的12个沿岸海域中,渤海及黄海海域平均有效波高小于0.8 m,显著小于东海及南海1.3～1.5 m平均有效波高,单独从有效波高的角度渤海及黄海海域更适合于建设卫星高度计定标场。     

Sea-Level Variations Measured by the New Altimetry Mission SARAL/AltiKa and its Validation Based on Spatial Patterns and Temporal Curves Using Jason-2, Tide Gauge Data and an Overview of the Annual Sea Level Budget

High-precision satellite altimeters help in measuring the variations in sea level since the early 1990s. After a number of such successful altimetry missions such as Topex/Poseidon, Jason-1, Jason-2, and Envisat, SARAL/AltiKa, a high resolution altimetry mission based on the Ka frequency band that can also cover high latitudinal zones, was launched in February 2013. Even though the data set available from this recent mission is not yet suitable for climate research owing to its short duration, in this study we perform a preliminary validation of SARAL/AltiKa sea-level data. The first part of the validation is the comparison of SARAL/AltiKa and Jason-2 sea-level data between March 2013 and August 2014 in terms of temporal mean spatial pattern. Comparisons in terms of global mean sea-level time series and latitudinal band-based mean time series are also performed. The second part of the validation is the comparison of the SARAL/AltiKa sea-level based time series with several tide gauge records covering the period of our study. Finally, an analysis of the annual sea-level budget with SARAL/AltiKa data, steric sea level, and ocean mass is performed. Results of these preliminary comparisons show good agreement with other sea-level data.     

Extension of Satellite Altimetry Jason-2 Sea Level Anomalies Towards the Red Sea Coast Using Polynomial Harmonic Techniques

Satellite altimetry data are facing big challenges near the coasts. These challenges arise due to the fundamental difficulties of correction and land contamination in the foot print, which result in rejection of these data near the coast. Several studies have been carried out to extend these data towards the coast. Over the Red Sea, altimetry data consist of gaps, which extend to about 30–50 km from the coast. Two methods are used for processing and extending Jason-2 satellite altimetry sea level anomalies (SLAs) towards the Red Sea coast; Fourier Series Model (FSM), and the polynomial sum of sine model (SSM). FSM model technique uses Fourier series and statistical analysis reflects strong relationship with both the observation and AVISO data, with strong and positive correlation. The second prediction technique, SSM model, depends on the polynomial sum of sine, and does not reflect any relationship with the observations and AVISO data close to the coast and the correlation coefficient (CC) is weak and negative. The FSM model output results in SLA data significantly better and more accurate than the SSM model output.     

Assessment of Radar Waveform Retracked Jason-2 Altimetry Sea Surface Heights Near Taiwan Coastal Ocean

This study focuses on assessing the accuracy of 20-Hz waveform retracked Jason-2 (J-2) altimetry sea surface heights (SSHs) in the vicinity of Taiwan by comparisons with the TOPEX/Poseidon (T/P) 10-Hz SSHs and sea level data from the Anping tide gauge. The study areas exhibit high, medium, and low amplitudes of ocean tides and contain diverse bathymetries with depths of 0–4000 m. The performance of Offset Center of Gravity (OCOG), threshold, modified threshold, and ice retrackers was examined by comparing the retracked SSHs with Earth Gravitational Model 2008 (EGM08) geoid via the use of the improvement percentages (IMPs). The results indicate that both altimetry measurements are significantly improved by waveform retracking techniques, with a maximum IMP of 46.6% for T/P and 82.0% for J-2, and the optimal achievement of retrackers is influenced by the characteristics of the study areas. In addition, valid retracked J-2 SSHs are much closer to shorelines than T/P. A comparison of retracked J-2 data with Anping tide gauge records reveals that applying the optimal retracking algorithms reduces the root mean squares of differences and increases the number of valid measurements.     

HY-2A卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析

自HY-2A卫星发射以来,针对HY-2A卫星雷达高度计产品的交叉定标、真实性检验及质量评估工作一直在持续开展。本文主要以HY-2A卫星高度计第44周期的IGDR产品数据为例,通过使用全球分布图、二维直方图和每日均值统计的方法完成了与Jason-2IGDR产品的比对验证,同时对主要环境校正参数及地球物理产品的数据质量稳定性进行了分析,结果显示高度计产品数据质量较稳定,此外利用HY-2A卫星升降轨交叉点海面高度差、与Jason-2卫星交叉点海面高度差以及沿轨海平面异常数据分析的方法进行了HY-2A卫星高度计观测系统的性能评估,结果显示,HY-2A卫星海面高度精度约为7.48cm,精度接近Jason-2,能满足海洋应用与科学研究的需要。     

东印度洋海域最优深度基准面模型构建

利用东印度洋海域周边长期验潮站实测数据、TOPEX/Poseidon等系列卫星测高反演结果,评估了DTU10,EOT11a,FES2014,GOT4.8,OSU12和TPXO8六种全球潮汐模型精度,根据卫星测高结果给出了浅水分潮改正量和长周期分潮改正量的经验模型,又在此基础上分析并构建了研究区域精度最优的深度基准面模型。考虑到全球潮汐模型在近岸的影响因素及验潮站位置,将13个验潮站分成开阔海域与近海海域两类,与潮汐模型的对比,结果表明,DTU10和FES2014模型分别在开阔海域和近海海域精度最优。根据潮汐模型在不同分潮处的精度,如EOT11a模型在O1和K1分潮处精度较高,DTU10在N2,M2,S2和K2分潮处精度较高等,分别构建了开阔海域与近海海域的组合深度基准面模型,计算得知误差分别为11.33和20.95 cm,其精度显著提高。