基于高频地波雷达资料的海南中东部近海表层海流特征

利用海南中东部近海海域高频地波雷达观测得到的2019年4月—2020年3月表层海流资料进行潮流调和分析和余流分析。结果表明: 海南中东部近海海域以不规则半日潮流为主, 半日分潮M₂和S₂以往复流为主, 全日分潮O₁、K₁以顺时针旋转流为主, M₂、S₂、O₁、K₁分潮最大潮流流速的比为1 : 0.51 : 0.60 : 0.65, M₂为最主要分潮。最大可能潮流流速分布从西南方向向东北方向逐步增大, 最大值为35cm·s^-1。余流受东亚季风影响较大, 季节变化特征显著, 呈夏季形态(6月—8月)、冬季形态(9月—次年2月)和过渡形态(3月—5月)。夏季形态流向东北, 平均流速29cm·s^-1; 冬季形态持续时间最长, 流向西南, 平均流速36cm·s^-1, 大于夏季形态; 过渡形态为冬季形态向夏季形态的转变期, 流向分布较复杂, 平均流速13cm·s^-1, 明显小于夏季和冬季形态。从全年来看, 西南向流动的时间最长、流速最大, 海南中东部表层海水物质输运自东北向西南。     

高频地波雷达单站测量表层海流的原理

运用高频地波雷达测量表层海流矢量,一般均采用双站测量方案,因而,需要大量的人力和昂贵的设备投入。该项研究在分析双站测量原理的基础上,结合海洋学原理和合理的假设,推导并给出了利用单站地波雷达测量表层海流的原理和公式,从而使单站测量表层海流成为可能。可预期该方案虽然在一定程度上,适当降低了空间分辨率,但却可以大幅度降低观测成本,减少人力物力的投入,并显著提高现场观测效率。     

高频地波雷达提取表层海流的计算方法

高频地波雷达除其军事用途外，还可广泛用于海态遥感，如测量海流、风向、风速及海浪参数。本文提出了一种由高频地波雷达回波多普勒谱提取表层海流的计算方法，并对一组实验数据进行分析和计算，给出了雷达遥测海域海充场分布图。     

基于高频地波雷达的多时间尺度海流研究

近海海流受多种动力过程及岸线岛屿的作用呈现空间和时间尺度上的复杂变化,而地波雷达由于其探测面积广、时间分辨率高的特点成为研究这些变化的有效手段。本文利用舟山海域多年高频地波雷达资料,通过潮流调和分析、低通滤波和相关性分析对该海域海流潮周期、极端事件、季节、年际尺度的动力过程进行了解译。研究表明,舟山海域属于正规半日潮,潮流运动形式以顺时针旋转流为主,流速大小在空间上为东北方向较大,往西南方向逐渐减小,并在近岸处得到增强。余流的年际变化并不显著,但存在着明显的季节变化,例如冬季为南向流,流速减小,空间分布上近岸较外海大,而夏季与之反向,为北向流,流速较大,空间分布较为均匀。进一步分析了风与余流之间的相关性,在大风期间,风与余流的速度相关系数在0.48～0.90之间,方向相关系数在0.55～0.68之间。极端事件发生时,速度、方向的相关系数分别高达0.92与0.91。总体而言,通过分析高频地波雷达数据能够较好地反映舟山海域海流的时空特征,为海洋灾害监测和污染物、藻华的输运研究提供依据。     

基于BP神经网络的高频地波雷达海流空间插值

高频地波雷达是海洋环境监测的重要手段,当前已经实现对海流的业务化观测,但是外部因素常引起海流空间探测的不连续性。为解决此问题,尽量保障区域数据的完整性和准确性,本文将BP神经网络技术与空间插值相结合,建立了海流的BP神经网络插值模型,并进行了针对实测数据的缺失插值仿真,通过与反距离权重法和线性插值法插值结果的对比,分析该模型在区域海流大面积缺失、流速整体较大和流速整体较小3个方面的性能。结果表明,BP神经网络插值模型的海流预测效果明显优于其他两种方法,且在流场数据大范围缺失下也取得了良好的效果。     

基于高频地波雷达观测的大亚湾附近海域余流季节变化特征分析

基于大亚湾附近海域高频地波雷达的长期海流观测资料,利用T_tide工具包进行调和分析得到该海域余流季节变化特征.分析结果显示:大亚湾附近海域余流的变化特征主要呈冬、夏两种形态,其变化过程与季风的变化同步.其中,冬季形态从10月到次年3月,流向为SW向,流速可达30 cm/s以上;夏季形态仅在5—8月间出现,流向为NE向...     

地波雷达海流观测数据验证的软件实现及初步分析

利用Matlab语言及其图形交互界面编程技术,将OSMAR高频地波雷达观测数据与现场测流数据的比对验证方法集成在软件中。利用该软件输入OSMAR地波雷达、海流计、ADP和美国CODAR雷达的试验海流数据得到了误差统计特征值,初步分析了不同比测站点和不同比测仪器对雷达数据验证工作的影响。     

便携式高频地波雷达海流探测长周期工作性能试验

2013年1月29日至3月15日在台湾海峡西南部海域进行了OSMAR-S100便携式高频地波雷达与浮标观测海流数据的长周期对比试验,验证了雷达系统在探测海流方面的准确性、可靠性和稳定性.通过实测海流与雷达矢量流的复相关分析,选定3 m层的海流为对比代表层.试验期间实测流速为0.0~120.0 cm/s,雷达海流有效探测区内的矢量流流速、流向的观测误差较小,能够满足实时监测海洋表层流的需要,高精度区流速、流向的均方根误差分别为9.1 cm/s和24.8°,边缘区的均方根误差为13.3~24.8 cm/s和39.4°~39.6°,与国内外达到业务化运行要求的同类产品实际观测精度相当.     

基于向量自回归模型的高频地波雷达海流异常值的识别算法研究

高频地波雷达具有高时空分辨率的特点,是一种有效的海态监测手段,目前已经服务于我国的海洋状态监测事业。受雷达站附近电磁环境的影响,海流反演结果中出现异常值是不可避免的。常规异常值识别方法主要从空间维度识别异常值,从空间上提取异常值的理论前提是大面积海域内海流缓慢变化,没有较大突变,小区域内具有空间相关性,本文算法提出海流流速在时间维度也具有缓慢变化的过程,同一点的海流在时间维度具有相关性。针对这一现象,本文同时考虑了海流在时间以及空间维度的变化特性,提出了基于向量自回归(VAR)模型的海流异常值识别算法,对于识别出的异常值可用该模型进行修正。     

夏季长江口外东海海域实测海流资料分析

根据2009年8,9月间长江口外海域C1,B1 2个站位的短期连续ADCP实测资料,采用调和分析、EOF分解、功率谱分析以及频率统计等方法,分析了该海域海流随时间的变化趋势和空间的结构特征。结果表明,2个站位流速在观测期间愈来愈强,准定常流动均是南向流动占优。长江口外海域M2为主要分潮,属于正规半日潮,各层潮流呈现出旋转流性质,旋转方向为顺时针占优。2个站位潮流的U,V分量均为第一模态主导,其垂向模态基本一致,体现了潮流的正压特征,2个站位的斜压性均不明显。海流的流速、流向频率统计显示两站均在SSE,S,SSW方向的频率最大。     

舟山海域高频地波雷达表层流探测试验

2015年4月7-30日,在浙江省舟山近海海域开展了“嵊山-朱家尖”小型阵列变频高频地波雷达系统的海上比测试验,通过雷达观测数据与定点ADCP海流资料的比对检验了地波雷达表层流探测性能。径向流比对结果显示,测点与雷达法向夹角越小,距离雷达距离越近,径向流比测结果越好,雷达探测的结果越可靠。嵊山站径向流与ADCP观测结果的各站总体平均误差为7.98 cm/s,平均均方根误差为15.34 cm/s,平均相关系数为0.89,朱家尖站径向流与ADCP观测结果的各站总体平均误差为6.24 cm/s,平均均方根误差为12.36 cm/s,平均相关系数为0.81。根据矢量流比对结果显示,矢量流速与ADCP观测结果的各站总体平均误差为4.82 cm/s,平均均方根误差为15.03 cm/s,平均相关系数为0.44。设置在嵊山、朱家尖两个雷达站双站探测的核心区域（两个雷达站连线的中垂线上,并且与两个雷达站构成一个近似直角三角形）的站点比测结果更加理想,当流速大于0.25 m/s时,对于核心区域平均后的流向均方根误差为24.9°。     

Residual and tidal circulation revealed by VHF radar surface current measurements in the southern Channel Isles region (English Channel)

Two very high-frequency radars (VHFRs), operating in the southern Channel Isles region (English Channel) in February–March 2003, provided a continuous 27-day long dataset of surface currents at 2 km resolution over an area extending approximately 20 km offshore. The tidal range in the region of study is one of the highest in the world and the coastal circulation is completely dominated by tides. The radar data resolve two modes which account for 97% of the variability of the surface current velocities, with the major contribution of the first mode. This mode accounts for oscillating tidal currents whereas the second mode represents motions emerging from the interaction of tidal currents with capes and islands (eddy in the vicinity of the Point of Grouin and jet south of Chausey). A fortnightly modulation of the modal amplitudes causes the exceptional (more than 600%) variability of currents which is well captured by the VHFR observations. The radar data revealed that tidal circulation in the region is flood-dominated with a strong asymmetry of current velocity curve. Wind events and fortnightly variability affect the course of tidal cycle by modifying the magnitude and duration of ebb and flood. In addition to expected features of coastal circulation (tidally dominated flow, eddies) and high wind-current coupling, the residual currents revealed a strong cross-shore structure in the mean and a significant variability which has the same order of magnitude.     

基于GIS的高频地波雷达回波信号的表达处理与显示

高频地波雷达的“距离-多普勒”(Range-Doppler, R-D)数据与“恒虚警率”(Constant False-Alarm-Rate, CFAR)检测结果数据存在非直观性的问题, 本文针对此问题, 分析了地波雷达回波数据特点以及结果形式, 研究了采用地理信息系统(Geographic Information System, GIS)技术对回波数据进行显示分析, 对R-D 与CFAR 检测结果进行表达, 实现高频数据在GIS 环境下的表达处理与显示。本文采用GIS的栅格表达“距离-多普勒”数据, 采用矢量数据结构表达CFAR 检测结果, 实现了地波雷达检测信息的直观显示; 研究了高频地波雷达数据中特定距离一维谱信号的提取, 实现了基于距离值的目标CFAR 检测查询; 针对雷达数据量大、处理时间长的问题, 采用多线程处理机制实现了高效实时显示和分析。     

南黄海辐射沙脊群特大潮差分析

根据辐射沙脊群中部条子泥两翼沿海自建的4座潮位遥测站的实测记录,2012年10月17日新条鱼港站观测到了9.39m的特大潮差,不仅证实了20世纪80年代小洋口海域9.28m的潮差记录的可信性,而且刷新了此海域最大潮差记录。基于移动驻潮波和动力地貌理论,本文采用潮位实测分析、二维水动力数值模拟和潮滩地貌遥感解译等方法,阐述了特大潮差的动力成因及其地貌响应机理,提出了条子泥二分水同步潮位跳绳效应,从理论上分析了该海域实测特大潮差的合理性。如若改变最大潮差统计方法,该海域最大潮位差可达9.62m,关于辐射沙脊群对重新认识辐射沙脊群及中国沿海极值潮汐特征更具有创新价值。     

象山港牛鼻山水道潮流场的高频地波雷达观测与分析

作为LORCE计划中构建高频地波雷达观测网的试点,面向象山港牛鼻山水道,在六横岛郭巨山和白马礁各设置了1台OSM AR-S50高频地波雷达.在2台雷达合成表面流场有效区域的中间地带,利用Valeport旋桨式海流仪和ADCP定点开展了周日连续观测,以验证高频地波雷达合成表面流场的精度.对比定点流场和高频地波雷达对应数据...     

基于弧段检测的高频地波雷达特定目标航迹跟踪方法研究

本文对现有的高频地波雷达目标跟踪方法进行了概述,提出了一种地波雷达目标长时连续跟踪的方法,基本思想是:充分挖掘航迹弧段特征,基于特征对船只运动建模,并结合杂波背景进行融合决策。进一步,为了达到长时间连续跟踪的需求,借鉴深度学习的思想,利用新获取的弧段数据对算法估计结果不断递归校正,使得随着获取数据的增加跟踪越准确。该方法适用于杂波环境且在航道附近存在众多干扰船只的情况下对机动目标航迹的实时稳定跟踪,为高频地波雷达在复杂干扰环境下特定目标持续跟踪提供理论基础和方法指导,为充分发挥地波雷达在海上监视监测中的作用提供技术支撑。     

OSMAR高频地波雷达福建示范系统径向流

OSNAR高频地波雷达是863计划海洋技术领域的成果，其福建示范系统的两个远端站分别设置在福建省东山县和龙海市境内，2005年6月开始试运行．本文对2005年6、7月份试运行期间雷达远端站给出的遥感径向流数据质量进行了统计分析和初步的海洋学验证．分析结果显示，雷达返回径向流速质量随观测距离增加呈下降趋势，并有明显的日夜差异，日间质量优于夜间．初步验证表明，经质量控制处理后所提取的径向流鸩分潮的振幅和相位的空间分布具有与以往研究结果一致的特征．雷达系统所返回的径向流数据在经过适当的质量控制处理后可以有效地反映覆盖海区表层海流及其时空变化．