HY-2A卫星雷达高度计海面高度测量分析与评估

HY-2A卫星是我国首颗自主海洋动力环境卫星,已连续运行6年多。卫星上搭载的主载荷雷达高度计能够实现全天候、全天时全球海面高度、有效波高和海面风速的观测,这些观测数据已经广泛用于海洋防灾减灾、资源开发和海上安全等领域。为了全面了解HY-2A卫星雷达高度计多年来的整体观测性能,本文选取了2012年10月26日至2017年8月27日间的全部观测数据IGDR产品进行综合评价。通过自交叉和与Jason-2互交叉两种手段对HY-2A卫星雷达高度计测高能力进行评估。计算HY-2A升降轨自交叉点的测高不符值,发现HY-2A卫星雷达高度计在近全球海域内、升降轨高度异常差小于30cm的限制条件下,平均绝对高度误差为5.81cm,高度异常标准差为7.76cm;限制观测区域为南北纬60°范围内、海面高度异常升降轨交叉点处的差小于10cm的情况下,平均绝对误差可达3.95cm,海面高度异常标准差达4.76cm。通过和Jason-2卫星的互交叉,发现在南北纬66°范围内,交叉点高度异常差小于30cm的情况下,HY-2A和Jason-2的海面高度异常平均绝对误差为5.86cm,标准差为7.52cm,如果在该海域内将海面高度异常差限制在10cm内,平均绝对误差和标准差分别达到4.19cm和4.98cm。HY-2A卫星雷达高度计已经达到国际同类卫星雷达高度计测高水平,可以满足海洋科学研究、海洋环流反演等的需求。     

基于波形重定技术的杭州湾平均海面高模型建立

利用AVISO提供的SARAL卫星杭州湾周年的WAVEFORM数据,通过对卫星波形分析,提出了一种新的波形重定方法,该方法在顾及波形物理机制基础上,根据各波形的特征进行重定。对重定前后的波形数据进行粗差剔除、共线平均,分析了重定后数据质量。通过交叉点平差,结合验潮站数据建立杭州湾平均海面高模型,所建模型与验潮站平均海面高差值的平均值为0.006m,标准差为0.038m。结果表明,利用本文提出的方法能显著提高卫星测高数据的精度与质量。     

基于GNSS浮标和验潮资料的HY-2A卫星高度计绝对定标

为探测我国HY-2A卫星高度计海面高测量绝对偏差及其在轨运行状态,本文利用GNSS浮标星下点同步测量和验潮资料海面高传递方法在山东千里岩和珠海担杆岛海域开展定标研究。为验证GNSS浮标定标方法的准确性,还对国外卫星Jason-2和Saral进行了定标实验。实验表明GNSS浮标绝对海面高测量精度达2 cm,对Jason-2和Saral高度计多个周期定标得到的海面高偏差均值分别为5.7 cm和-2.3 cm,与国际专门定标场的结果符合较好。2014年9月和2015年5月HY-2A卫星高度计浮标定标结果分别是-65 cm和-91 cm,因两次结果差异显著,故又利用千里岩验潮站资料对HY-2A卫星高度计第56至73周期进行了定标分析,结果证明HY-2A卫星海面高存在约-51 cm/a的漂移,置信度为95%的回归分析表明浮标和验潮定标结果符合。本文研究结果表明在我国尚无专门定标场的情况下,可利用GNSS浮标对我国高度计实施灵活、精准的在轨绝对定标,在有高度计轨迹经过验潮站的情况下可使用验潮资料结合精密大地水准面模型进行绝对定标。     

HY-2C卫星海面高度数据的质量分析

卫星海面高度数据对于监测全球海面高度具有重要的意义,所以卫星高度数据的定标和检验变得至关重要。海洋二号C（HY-2C）卫星是继海洋二号B卫星后的第二颗业务卫星,于2020年成功发射升空。然而,目前对HY-2C卫星高度计的数据质量了解甚少,所以对HY-2C卫星的海面高度数据进行质量分析具有重要的意义。本文以同期观测的HY-2B卫星和Jason-3卫星的地球物理数据（GDR）为参考,对HY-2C卫星遥感地球物理数据（SGDR）中的海面高度数据进行质量分析。结果显示,在星星交叉定标中使用3种常见的交叉定标插值方法对HY-2C卫星的海面高度异常数据进行自交叉点分析时,HY-2C卫星海面高度异常数据质量分析的结果不同。其中使用三次样条插值方法进行质量分析的结果最优,得到海平面高度异常差的平均值为0.03 cm,标准差为6.17 cm。此外,对HY-2C卫星和HY-2B卫星互交叉点海面高度异常差异的平均值为?0.47 cm,标准差为5.32 cm;HY-2C卫星SGDR与Jason-3卫星GDR的海面高度异常数据进行互交叉点分析,得到海平面高度异常差的平均值为?0.3 cm,标准差为5.32 cm,这些数据表明HY-2C卫星的测高精度与HY-2B卫星、Jason-3卫星一致。因此HY-2C高度计产品数据质量稳定,能满足海洋应用和科学研究的需要。     

DOT2008A海面地形模型在我国邻近海域的精度评估

文中首先介绍了DOT2008A模型建立的原理和方法,利用我国48个长期验潮站19 a连续观测数据验证DOT2008A模型的精度,其均方差为0.118 m,残差的标准偏差为0.086 m;联合多源测高卫星建立的海面地形模型数据验证DOT2008A的精度,均方差为0.106 m,残差的标准偏差为0.099 5 m,且其残差分布图基本符合正态分布。从实验结果来看,DOT2008A模型在我国周边海域精度较高,其建立方法较为合理,转化应用价值较高;同时与多源测高卫星建立的海面地形比较结果来看,验证了自主建立的海面地形模型的正确性,对建立我国高精度海面地形模型具有重要的借鉴意义。     

海底地形测量成果的质量检核评估(四):自容式压力验潮仪验潮零点漂移处理实践

针对使用自容式压力验潮仪在布设临时验潮站时常出现的验潮零点漂移技术难题,基于附近长期验潮站的潮汐观测数据来计算二站同步时段内逐时日平均海面之差值,以此修正临时验潮站观测数据中隐含的验潮零点逐时漂移量。以福建平潭长期站和王爷山、牛山岛两个临时站的验潮数据为例,进行了自容式压力验潮仪验潮零点漂移处理的实践。结果表明本文相关模型具可操作性和实用价值。     

HY-2A卫星海面高度数据质量评估

对HY-2A卫星雷达高度计数据进行筛选获取有效的观测点,利用HY-2A卫星第18~23周期数据和同时在轨的Jason-2数据进行交叉点选取,对两颗卫星在交叉点海面高度异常值的差值进行统计与分析,提出了基于交叉点差值统计特征的筛除HY-2A轨道数据方法,评估了HY-2A卫星雷达高度数据质量。结果显示,HY-2A卫星18~23周期阈值筛选去除的点个数占总海洋观测点约12%,HY-2A海面高度异常与Jason-2海面高度异常的标准偏差在7.0 cm,数据精度满足设计精度要求。     

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。     

基于卫星测高的中国近海及邻域海面地形研究

为得到中国近海及邻域精度较高的海面地形,同时尽可能减少滤波对海面地形精度的影响,提出了联合卫星测高潮汐分析与XGM2019e地球重力场模型确定海面地形的方法,首先通过T/P系列(包括Jason-1、Jason-2、Jason-3)卫星测高数据潮汐分析得到沿迹点平均海面高,从中扣除根据XGM2019e重力场模型计算相应沿迹点上的大地水准面高得到沿迹点海面地形,最后通过Kriging插值和Gauss滤波得到研究区域内30′×30′海面地形模型。与DTU22同区域海面地形对比整体差异为±4.49 cm,与沿岸长期验潮站实测海面地形对比整体精度为±4.56 cm,高精度的海面地形为研究海流的变化提供了现实依据。     

利用TOPEX/Poseidon卫星高度计资料提取黄海、东海潮汐信息的研究

为了更好地利用卫星测高数据分析黄海和东海的潮汐特性 ,对 1 993— 1 999年期间的TOPEX/Poseidon测高数据进行了质量控制和共线平差处理。在此基础上 ,在黄海、东海选取了 1 738个测高点 ,用最小二乘拟合法计算出 1 2个分潮的调和常数。计算得出的M2 和m1分潮的调和常数 ,在交叉点评估的内符精度振幅分别为 2 4cm和 0 8cm ,迟角分别为 2 3°和2 5°。测高点与附近验潮站的这两个分潮结果相比 ,振幅的均方根误差小于 4cm ,而迟角相差较大。这可能与验潮站的地理环境因素有关。用卫星测高数据算得的调和常数绘制的主要分潮特性图与现有常规观测得到的相应图进行了比较 ,在外海深水区两者符合较好 ;近岸由于卫星测高误差较大 ,所以两者符合差。     

Global Statistical Assessment and Cross-Calibration with Jason-2 for Reprocessed HY-2 A Altimeter Data

HY-2 A (Haiyang-2 A) satellite was launched on August 16, 2011 and radar altimeter is one of its main payloads. We reprocessed two years of HY-2 A altimeter sensor geophysical dataset records (SGDR) data. This paper presents the main results in terms of reprocessed HY-2 A altimeter data quality: verification of data availability and validity, monitoring several relevant altimeter parameters, and assessment of the HY-2 A altimeter system performances. A cross-calibration analysis of reprocessed HY-2 A altimeter data with Jason-2 was conducted. The reprocessed HY-2 A altimeter data show good quality and have a low level of noise with respect to Jason-2. The same geophysical correction methods were used to calculate the sea surface height (SSH) for the two missions. The mean standard deviations of the crossover differences for HY-2 A and Jason-2 are 5.24 cm and 5.34 cm, respectively. The mean standard deviation of the crossover differences between HY-2 A and Jason-2 is 5.37 cm. These show that HY-2 A can provide SSH measurements at almost the same level of accuracy as Jason-2. The relative SSH bias between HY-2 A and Jason-2 due to the Ultra Stable Oscillator (USO) drift is obviously observed, and it can affect the calculation of mean sea level and should be further studied and corrected.     

HY-2A卫星高度计有效波高信息提取业务化算法

2011年8月16日我国成功发射了第一颗自主海洋动力环境卫星HY-2A,有效波高是其搭载的雷达高度计可获取的重要海洋动力环境参数之一。本文详细介绍了应用于HY-2A雷达高度计的有效波高信息提取业务化算法,该算法通过迭代最小二乘拟合方法提取有效波高信息。同时,基于HY-2A雷达高度计业务化运行获取的有效波高数据,分别与Jason-2卫星高度计有效波高和NDBC浮标海浪波高数据进行了比对分析。比较结果表明,HY-2A雷达高度计与Jason-2有效波高的标准偏差为-0.26m,RMS为0.58m;HY-2A高度计与NDBC浮标数据间的标准偏差为-0.22m,RMS为0.37m。结果证明了目前应用于HY-2A雷达高度计业务化运行中的有效波高信息提取算法的可行性。     

利用GPS拖体在万山区域测量平均海面技术研究

Wanshan area has been chosen to be the specified field to calibrate and validate(Cal/Val) the HY-2 altimeter and its follow-on satellites. In March 2018, an experiment has been conducted to determine the sea surface height(SSH) under the HY-2 A ground track(Pass No. 203). A GPS towing-body(GPS-TB) was designed to measure the SSH covering an area of about 6 km×28 km wide centered on the HY-2 A altimeter satellite ground track. Three GPS reference stations, one tide gauge and a GPS buoy were placed in the research area, in order to process and resolve the kinematic solution and check the precision of the GPS-TB respectively. All the GPS data were calculated by the GAMIT/GLOBK software and TRACK module. The sea surface was determined by the GPS-TB solution and the tide gauge placed on Zhiwan Island. Then the sea surface of this area was interpolated by Arc GIS10.2 with ordinary Kriging method. The results showed that the precision of the GPS-TB is about 1.10 cm compared with the tide gauge placed nearby, which has an equivalent precision with the GPS buoy. The interpolated sea surface has a bias of –1.5–4.0 cm with standard deviation of 0.2–2.4 cm compared with the checking line. The gradient of the measured sea surface is about 1.62 cm/km along the HY-2 orbit which shows a good agreement compared with the CLS11 mean sea surface(MSS). In the Cal/Val of satellites, the sea surface between the tide gauge/GPS buoy and the footprint of altimeter can be improved by this work.     

Preliminary results of the global ocean tide derived from HY-2A radar altimeter data

The HY-2A satellite, which is equipped with a radar altimeter and was launched on August 16, 2011, is the first Chinese marine dynamic environmental monitoring satellite. Extracting ocean tides is one of the important applications of the radar altimeter data. The radar altimeter data of the HY-2A satellite from November 1, 2011 to August 16, 2014 are used herein to extract global ocean tides. The constants representing the tidal constituents are extracted by HY-2A RA data with harmonic analysis ...     

Assessment of reprocessed sea surface height measurements derived from HY-2A radar altimeter and its application to the observation of 2015–2016 El Ni?o

Haiyang-2A(HY-2A) is China's first ocean dynamic environment satellite and the radar altimeter is one of its main payloads. One of the main purposes of the radar altimeter is to measure the sea surface height(SSH). The SSH determined from the altimeter range measurements includes some range and geophysical corrections. These corrections largely affect the accuracy of the SSH measurements. The range and the geophysical corrections are reprocessed and the altimeter waveforms in HY-2A sensor interim geophysical data set records(S-IGDR) are retracked from June 1, 2014 to June 14, 2014, and the accuracy of the reprocessed SSH measurements is evaluated.The methods of the range and geophysical corrections used to reprocess HY-2A altimeter data are validated by using these methods to reprocess the Jason-2 range and geophysical corrections and comparing the results with the range and geophysical corrections in Jason-2 geophysical dataset records(GDR) product. A crossover analysis is used to evaluate the accuracy of the reprocessed HY-2A SSH measurements. The standard deviation(STD) of the crossover SSH differences for HY-2A is around 4.53 cm while the STD of the SSH differences between HY-2A and Jason-2 is around 5.22 cm. The performance of the reprocessed HY-2A SSH measurements is significantly improved with respect to the SSH measurements derived from HY-2A interim geophysical dataset records(IGDR)product. The 2015–2016 El Ni?o has been the strongest El Ni?o event since 1997–1998. The range and the geophysical corrections in HY-2A IGDR are reprocessed and sea level anomalies are used to monitor the2015–2016 El Ni?o. The results show that the HY-2A altimeter can well observe the 2015–2016 El Ni?o.