基于光学遥感MODIS的安达曼海内波时空分布与传播特性研究

This paper describes investigations of the internal waves in the Andaman Sea using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) imagery over the period of June 2010 to May 2016. Results of the spatial and temporal distribution, generation sources and propagation characteristics of internal waves are presented. The statistical analysis shows that internal waves can be observed in almost the entire area of the Andaman Sea. Most internal waves are observed in the northern, central and southern regions of the Andaman Sea. A significant number of internal waves between 7°N and 9°N in the East Indian Ocean are also observed. Internal waves can be observed year-round in the Andaman Sea, while most of internal waves are observed between February and April, with a maximum frequency of 15.03% in March. The seasonal distribution of the internal waves shows that the internal waves have mostly been observed in the dry season(February to April), and fewer internal waves are observed in the rainy season(May to October). The double peak distribution for the occurrence frequency of internal waves is found. With respect to the lunar influence, more internal waves are observed after the spring tide, which implies the spring tide may play an important role in internal wave generation in the Andaman Sea. Generation sources of internal waves are explored based on the propagation characteristics of internal waves. The results indicate that six sources are located between the Andaman Islands and the Nicobar Islands, and one is located in the northern Andaman Sea. Four regions with active internal wave phenomenon in the Andaman Sea were presented during the MODIS survey, and the propagation speed of internal waves calculated based on the semidiurnal generation period is smaller than the results acquired from pairs of the images with short time intervals.     

基于多源卫星遥感数据的安达曼海及其邻近海域内波分布特征分析

安达曼海是内波频繁发生的海区之一,对其内波的研究是当今海洋研究的热点。本文利用2013—2016年间覆盖整个安达曼海的3 000多幅Terra/Aqua MODIS、GF-1、Landsat-8、Sentinel-1 等卫星遥感图像,从中提取和解译了内波波列线和波向信息,得到安达曼海海洋内波的时间分布特征,并绘制了内波空间分布图。结果表明,安达曼海及其邻近海域内波主要出现在4个区域:苏门答腊岛以北海域、安达曼海中部海域、安达曼海北部海域以及尼科巴群岛以西海域,尺度较大的内波主要分布在苏门答腊岛以北海域和安达曼海中部海域。在时间分布上,2013—2016年间安达曼海内波的年发生次数相近;在热季、雨季及冬季遥感都能观测到内波的发生;2-4月遥感观测到的内波最多,其次为8、9月,7月遥感观测到的内波较少,这可能是由于雨季光学影像受云影响,安达曼海海域晴空影像过少造成,还需要借助更多的遥感影像进一步证明。在波向上,安达曼海多数内波向岸传播,在苏门答腊岛北部、安达曼海中部海域,内波向东或向东南传播;在安达曼群岛东部,内波向东传播,传播一定距离后与海底地形交互作用,一部分继续向前传播,一部分产生反射,向西南方向传播至安达曼群岛;在尼科巴群岛以西海域,内波由尼科巴群岛向孟加拉湾传播。     

基于多源遥感数据的日本海内波特征研究

日本海特殊的地理位置和复杂的地形使得该海域内波表征极为复杂,遥感是大范围观测内波的有效手段,已被广泛应用于内波的探测研究。本文利用MODIS、GF-1和ENVISAT ASAR遥感影像,开展了日本海内波特征研究。通过提取内波波峰线,生成了日本海内波空间分布图;获取了内波的波峰线长度和传播速度,并基于非线性薛定谔方程反演了内波振幅。研究结果表明,日本海内波分布范围宽广,不仅大陆架沿海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量内波;日本海北部45°N附近海域有少量内波出现,利用高分影像探测到朝鲜陆架浅海区有大量小尺度内波,大和海盆、大和隆起的西南部海域没有发现内波。日本海内波波峰线长达100多千米,深海区的传播速度大于1 m/s;浅海区内波振幅约10 m左右,深海区可达60 m以上。     

南海北部非线性内波的特征研究及生成模拟

海洋内波由于其对海洋资源、海洋军事和工程的重要性而成为海洋学中的前沿课题。文中基于SAR遥感数据,结合KDV方程和Bragg散射机制反演内波波速、半振幅宽度、深度和振幅等动力学参数。对南海北部的非线性内波进行案例研究,由吕宋海峡传来的内波遇到东沙岛发生破裂,一部分继续向西传播,另一部分向西北沿等深线垂直方向传播。波向作为一个重要指标可以有效反映内波传播变化特征,文中以方向谱模型计算同一潮周期内内波传播的方向变化,并验证了180°方向模糊问题是可以解决的。同时内波传播将次表层海水和叶绿素从下层抬升,叶绿素浓度最高值达到0.35 mg/m~3,随着内波传播在0.08~0.35 mg/m~3范围内波动并逐渐趋于背景浓度值。研究使用海底地形与潮流数值合成的OTIS(Oregon State University Tidal Inversion Software)模型对南海北部大陆架区域的内波进行生成模拟,结果表明:当暖水流经吕宋海峡进入南海北部,body forcing1.5 m~2/s~2的海域能够激发内波的生成,其中兰屿岛和恒春半岛等海底山脊起到了关键作用。     

基于遥感影像边界特性对南海海洋内波检测算法研究 *

海洋内波在海洋活动中扮演重要角色。海洋内波研究对我国海洋科学的理论研究、海洋资源的保护、开发和利用以及海洋军事等方面均具有重要意义。为了及时发现海洋内波的发生地点以及对海洋内波参数进行定量分析, 本研究基于合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)影像中内波明暗条纹的边界特性, 提出了一种集成的海洋内波检测算法: 主要运用列分离邻域处理和Canny算子边缘检测算法对条纹进行检测, 并利用海洋内波的轮廓长度、面积比值及传播方向三个特征对条纹进行筛选, 并将该算法应用于南海发生的多起海洋内波, 以验证算法的鲁棒性和适用性。研究结果表明, 该算法能够较好地识别出海洋内波的明暗条纹, 不仅能够除去非内波条纹的轮廓, 而且能够去除一些细小且不明显的内波条纹轮廓。利用余弦函数逐像素地对识别后的条纹进行拟合, 然后根据拟合结果找出明暗条纹所在位置以及相邻明暗条纹之间的间距, 从而判定出内波发生的位置。     

基于MODIS遥感影像的福建近岸海表温度反演

借助福建沿岸13个海洋台站的海表温度(SST)实测资料,选取相应时间的MODIS遥感影像,通过对4个相关变量的线性回归统计,建立了适用于福建近岸的SST区域反演模型,对建立的反演模型精度进行验证,并与SeaDAS模型的反演精度进行比较,SST区域反演模型的精度优于SeaDAS模型。利用该SST区域反演模型,对福建近岸的SST进行了遥感反演和时空变化分析。结果表明,福建近岸的SST与大陆沿岸流、南海暖流、台湾海峡东岸黑潮暖流的分布以及季节的变化密不可分。     

基于遥感与现场观测数据的南海北部内波传播速度

南海北部是全球海洋中内波最为活跃、生成和演变机制较为复杂的海域,本文利用多源卫星遥感数据(MODIS、GF-1、ENVISAT ASAR、RADARSAT-2)和现场观测数据开展了南海北部内波传播速度的研究。通过匹配捕获同一条内波的相邻两幅遥感图像,由内波的空间位移和时间间隔反演传播速度,并以0.5°×0.5°网格给出了南海北部内波传播速度的分布图。研究结果表明,内波传播速度受背景流场、水体层结和底地形变化等多因素影响,特别是水深。在南海北部由东至西、由南至北方向,内波传播速度逐渐递减。深海区内波传播速度最大,可达3m/s以上;内波在向西大陆架传播过程中,随着水深变浅速度逐渐减慢,传播速度为1—2m/s;大陆架浅海的内波传播速度较小,仅为零点几米每秒。同时,利用Kd V方程反演了内波传播速度理论值,对遥感数据提取的内波传播速度进行了精度验证,结果较为一致。     

基于MODIS影像的射阳河口海域可溶性无机氮磷营养盐浓度遥感监测研究

分析了射阳河口海域实测光谱反射率与DIN、DIP浓度间的相关性,发现DIN、DIP浓度与水体浊度间呈强烈的正相关,说明在该海域DIN和DIP主要来源于沉积物再悬浮过程中的释放。在此基础上以实测光谱模拟MODIS前四个波段的反射率,建立了基于MODIS影像的DIN、DIP浓度定量反演模型,模型的相对预测精度达到60%以上,将模型应用于影像反演所得的结果与实际情况相当吻合,证明了模型的实际应用价值和业务化潜力。     

南海北部孤立子内波生成条件的初步数值研究

南海北部是一个孤立子内波活动频繁的海域,早在20世纪70年代,Fett等[1]就从卫星图片中发现在东沙群岛附近存在着孤立子内波;近年来,在该海域又多次观测到孤立子内波的活动(图1)[2-4];在1998年5～6月期间,中国科学院南海海洋研究所的“实验三号”科学考察船执行“南海季风实验”计划在南海北部东沙群岛以南进行定点观测时,也曾观测到孤立子内波的活动。     

基于SAR图像数据的内波二维断面重构研究

针对传统内波重构是基于内波源基础,理论性限制太强,不适合实际应用。本文提出1种基于SAR图像反演内波参数并结合背景场密度剖面信息,对内波二维断面进行重构。在充分考虑到SAR图像反演的内波水平数据信息(数据信息均一化),垂向振幅以及垂向模态函数三者物理意义及相互关系后对内波二维断面重构,它具有物理意义清楚、实际可操作性强的特点。     

Seasonal and spatial variations of kinematic parameters of internal solitary waves in the Andaman Sea

The horizontally variable density stratification and background currents are taken into the variable-coefficent extended Korteweg-de Vries(evKdV) theory to obtain the geographical and seasonal distribution of kinematic parameters of internal solitary waves in the Andaman Sea(AS). The kinematic parameters include phase speed,dispersion parameter, quadratic and cubic nonlinear parameters. It shows that the phase speed and dispersion parameter are mainly determined by the topographic feature and ha...     

安达曼海内孤立波的潜标观测分析研究

安达曼海是内孤立波生成最多的海域之一,目前对其研究大多基于卫星遥感,缺乏基于现场观测资料的相关研究。本文通过2016年至2017年布放在安达曼海中部的锚系潜标对该海域内孤立波的方向和强度进行研究,结果表明在研究区域内孤立波主要向东北方向传播,最大振幅可达100 m。应用彻体力理论预测了研究海域内孤立波波源的分布,与遥感统计结果基本一致,并且波源位置更精确,可直观地给出不同波源激发内孤立波的能力。本文分别用浅水方程、深水方程和有限深方程对安达曼海中部内孤立波相速度进行模拟,结合卫星遥感分析发现该海域内孤立波的产生符合Lee波机制,在三种方程中有限深方程的模拟效果与潜标观测最相符。     

基于光学遥感的安达曼海内孤立波传播速度特性研究

安达曼海内孤立波非常活跃且错综复杂,传播速度是内孤立波的重要特征参量,本文采用光学遥感手段建立了内孤立波传播速度的计算方法。收集并处理大量Terra/Aqua-MODIS遥感图像,利用两景图像追踪同一内孤立波与同一激发源产生的内孤立波波群两种方法定量研究安达曼海内孤立波传播速度。研究结果表明:安达曼海内孤立波传播速度在0.5～2.7 m/s之间,内孤立波传播方向主要受海底地形的影响,传播速度大小在传播过程中随水深变浅而呈减小的趋势,在深水区传播速度大小还呈现出季节性差异。     

南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究

通过对2006年南海西北部海域近3个月的全水深流速观测资料的分析,研究了该海区正压潮、内潮及近惯性内波的时空分布特征。结果表明,全日内潮明显强于半日内潮,且最大潮流均出现在海洋上层;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直;内潮能量显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期;全日内潮的coherent部分占全日内潮能量的70%,而半日内潮的coherent部分占半日内潮能量的53%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第三模态能量占总能量的比例仅次于第一模态且量值上与之相当;强风过程可激发出强的近惯性运动,暖涡使得近惯性内波能量更有效地向海洋深层传播,冷涡则不利于近惯性内波能量向下传播。     

利用SAR遥感卫星资料研究东海内孤立波时空分布特征

通过分析欧洲空间局的地球资源卫星(ERS-1/2)从1995—2010年的合成孔径雷达(SAR)图像,研究了东海内孤立波的时间分布特征,绘制了东海内孤立波的空间分布图,并且反演了个别海区内孤立波的传播速度。研究结果表明:东海内孤立波主要分布在两个海域,台湾东北部海域和长江口、杭州湾以及外舟山群岛附近海域。在这两个海域,大潮期间的强潮流有利于内孤立波的出现。在长江口及附近海域,跃层强时,内孤立波出现的概率相对较高。台湾东北部内孤立波波速约为0.6—0.8 m/s,长江口及附近海域内孤立波波速约为0.6 m/s左右。     

A study of internal solitary waves observed on the continental shelf in the northwestern South China Sea

Based on in-situ time series data from the acoustic Doppler current profiler (ADCP) and thermistor chain in Wenchang area, a sequence of internal solitary wave (ISW) packets was observed in September 2005, propagating northwest on the continental shelf of the northwestern South China Sea (SCS). Corresponding to different stratification of the water column and tidal condition, both elevation and depression ISWs were observed at the same mooring location with amplitude of 35 m and 25 m respectively in different days. Regular arrival of the remarkable ISW packets at approximately the diurnal tidal period and the dominance of diurnal internal waves in the study area, strongly suggest that the main energy source of the waves is the diurnal tide. Notice that the wave packets were all riding on the troughs and shoulders of the internal tides, they were probably generated locally from the shelf break by the evolution of the internal tides due to nonlinear and dispersive effects.     

具有内波特性的渤海南部次重力波

次重力波(infragravity waves)是频率范围介于局地平均Brunt-V¾is¾l¾频率和0.05Hz(涌浪频率)之间的一种海洋波动,其能量在深水大洋中一般甚低,但在浅海中却很强.该波动的研究对于浅海海洋内部混合、近岸海洋工程、海洋生态学、海洋沉积学及军事海洋学均有重要的意义.Munk[1]很早就开始研究这类波动,然而主要由于观测技术的限制,对于该类波动的动力学机制的研究进展迟缓.