基于MODIS遥感影像的安达曼海内波特征参数分布及生成周期研究

本文基于2017年634幅MODIS影像分析了安达曼海3个典型区域的内波空间分布特征,定量统计了波峰线长度、波包面积等特征参数,利用射线追踪法探讨了内波的潜在激发源并推算了内波的生成周期。研究表明,安达曼海北部海域的内波空间尺度较小,前导波波峰线的平均长度约为107 km,平均波包面积约为1 860 km²,内波的传播方向主要为东向以及西南向。安达曼海中部海域内波前导波波峰线的平均长度约为133 km,平均波包面积约为3 503 km²,超过70%的内波沿东偏北方向传播。苏门答腊岛北部海域内波前导波波峰线的平均长度约为131 km,平均波包面积约为2 997 km²,内波的传播方向主要为东向、东北向及东南向。安达曼海共有7个潜在内波激发源,内波的生成时间间隔介于11.5～13 h,具有明显的半日周期特征。     

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。     

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。     

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。     

经验模态与小波分解在光学遥感内波参数提取中的应用

内波遥感参数提取是利用遥感影像研究海洋内波的重要手段,通过提取内波的基本参数可以对海洋内波的生成与传播机制进行进一步的研究。提出了利用经验模态分解、小波分解与高阶多项式拟合从光学影像中提取内波半波宽度的方法。经验模态分解与小波分解对内波剖面数据进行尺度分解,根据归一化方差最大来提取内波分量;多项式拟合基于内波剖面的亮暗条纹变化完全由内波调制的假设,对数据进行拟合,并根据一阶导数来提取半波宽度。用南海北部东沙岛附近2004年7月10日的中-巴资源卫星(China-Brazil Earth Resources Satellite,CBERS)影像对方法进行了验证。结果表明,3种方法能较好地提取所需参数,获取的内波半波宽度具有较好的一致性;上述方法在处理非平稳及非线性遥感数据上,具有非常明显的优势。基于一维非线性内波理论,通过提取的内波半波宽度,辅以水深和混合层深度数据,反演了内波的振幅。     

海洋内波的产生与分布

海洋内波是指在海水稳定层化的海洋中产生的、最大振幅出现在海洋内部的波动。由于是产生于海洋内部 ,内波的恢复力主要是约化重力 ,这是它不同于表面波的一个重要特征。此外 ,还有许多其他不同特征 ,例如 :内潮波的振幅远大于表面潮波的振幅 ,但速度却要小得多 ;内波的群速度方向与其相速度方向几乎垂直 ;内波不仅在水平方向和时间上存在着固有结构 ,而且在垂直方向上也存在着特定的结构等。方欣华、王景明１９８６年对内波在时间和空间尺度分布特征上的一些典型值做了介绍。尽管海洋内波的频率范围相当广泛 ,但已有的多数研究工作主要集中…     

基于MODIS数据的海上气象能见度遥感光谱分析与统计反演

重点分析了不同等级能见度过程在MODIS 36通道中的谱特征及与能见度的相关性,并对能见度进行了光谱统计分析.经去云处理后,对多点测站的相关分析发现能见度因子和ch1,3,4,8,16,24,25,29～36的辐射和反射率存在很好的相关性(置信度达90 %以上,相关系数≥0.8),进一步的通道筛选和压缩对能见度的反演有重要意义.典型个例分析发现低能见度与高能见度天气过程存在较明显的光谱辐射和反射差异,可用于低能见度的识别.     

基于遥感图像的南海北部内孤立波及相互作用研究

本文通过对卫星遥感图像中的内孤立波及相互作用现象进行统计分析,讨论了南海北部内孤立波及相互作用现象的时空分布特征,验证了利用卫星遥感图像反演内孤立波振幅和传播速度以及研究内波相互作用现象的可行性。统计结果表明,南海北部的内孤立波主要集中在东沙群岛以及海南岛南部,内波相互作用主要集中在东沙岛西北部以及海南岛南部。本文对此给出解释:内波传播至东沙岛附近发生绕射,绕射的内波分裂成两列后以不同的传播方向继续向西传播,相遇并发生相互作用;内波在海南岛浅滩处发生反射,与后续传来的内波发生相互作用。同时,本文利用Korteweg-de Vries (KdV)方程和Benjamin-One(BO)方程,结合观测数据,对内波振幅和传播速度进行了反演实验。反演所得的内波振幅和传播速度与南海北部实际内波振幅和传播速度相近。     

基于MODIS陆地波段的近岸水体浊度遥感方法

利用MODIS陆地波段(469 nm,555 nm和645 nm)数据,建立了近岸水体浊度的遥感反演方法,并以渤海为例,在采取严格的时空匹配方法的基础上,利用现场测量浊度数据对反演结果进行了印证。印证结果显示,基于陆地波段的红绿波段比值反演算法(QAA-RGR反演算法)的反演结果相对误差约为12.7%,标准QAAv5反演算法的反演结果相对误差约为26.4%,采用陆地波段数据的QAA-RGR反演算法反演的结果更可靠。另外,基于陆地波段的反演结果具有更高的空间分辨率,能更好地体现浊度的细节分布特征,如辽东湾南端的沙脊群落的分布。最后,本研究利用QAA-RGR反演算法构建了渤海浊度的季节分布特征,分布特征合理。     

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。     

Study of the propagation direction of the internal waves in the South China Sea using satellite images

Internal wave propagation carries considerable vertical shear which can lead to turbulence and mixing. Based on the analysis of more than 2 500 synthetic aperture radar (SAR) and optical satellite images, the internal wave propagation in the whole South China Sea was investigated systematically. The results show that (1) in the northeastern South China Sea, most internal waves propagate westward from the Luzon Strait and are diffracted by coral reefs near the Dongsha Islands. Some impinge onto the shelf and a few are reflected; (2) in the northwestern South China Sea, most internal waves are generated at the shelf and propagate northwestward or westward to the coast; (3) in the western South China Sea, most internal waves propagate westward to the Vietnamese coast, except a few propagate southward to the deep sea; and (4) in the southern South China Sea, most internal waves propagate southwestward to the coast. Some propagate southeastward to the coast of Kalimantan Island, and a few propagate southeastward because of the influence of the Mekong River.     

A study of SAR remote sensing of internal solitary waves in the north of the South China Sea: Ⅱ. Simulation of SAR signatures of internal solitary waves

A new model developed from the full-spectrum model of Lyzenga and Bennett （ 1988 ） is built up by us preliminarily through considering the impact of the ocean surface mixed layer turbulence on SAR remote sensing of internal solitary waves. In the partial differential equation of the action spectral density of the surface gravity-capillary waves the source function representing the contribution of the turbulence is added besides the usual source function representing the contribution of the wind. The source function is determined by applying the κ - ε model and adopting the Nasmyth spectrum of oceanic turbulence （ Nasmyth, 1970; Oakey, 1982; Fan, 2002） on the basis of the previous simulation results of internal tide transformation obtained in the companion paper （Fan et al. ,2008）. Either under relatively high wind speed, or under low wind speed, our model predicts significant large modulations of radar backscatter at all three bands （ L, C and X bands） for both VV and HH polarization. These results prove that considering the impact of ocean surface mixed layer turbulence on SAR remote sensing of internal solitary waves is reasonable and appropriate for settlement of the well-known problem of contemporary radar imaging models.     

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 SAR remote sensing of internal solitary waves in the north of the South China Sea:I.Simulation of internal tide transformation

For settlement of the well-known problem of contemporary radar imaging models,i.e.,the pmblem of a general underestimation of radar signatures of hydrodynamic features over oceanic internal waves and underwater bottom topography in tidal watels at at high radar frequency bands(X-band and C-band),the impact of the ocean surface mixed layer turbulence and the significance of strat-ified oceanic model on SAR remote sensing of internal solitary waves are proposed.In the north of the South China Sea by utilizing seme observed data of background field the nonlinearity coefficient,the dispersion coefficient,the horizontal variability coefficient and the phase speed in the generalized K-dV equation are determined approximately.Through simulations of internal tide transfor-mation the temporal evolution and spatial distribution of the vertical displacement and horizontal velocity of intereal wave field are obtained.The simulation results indicate that the maximum amplitudes of internal solitary waves occur at depth 35 m,but the maximum current speeds take place at depth 20 m in this area of the sea(about 20°30'N,114°E)in August.It was noticed that considering the effects of flood current and ebb current respectively is appropriate to investigate influence of the background shear flow on coefficients of the K-dV equation.The obtained results provide the possibility for the simulation of SAR signatures of inter-nal solitary waves under considering the impact of ocean surface mixed layer turbulence in the companion paper.