台湾岛邻近海域台风浪的模拟研究

基于目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN（Simulation Waves Near-shore)。在充分考虑相关物理过程（风生浪，底摩擦，白帽耗散，深度诱导波破碎，非线性波－波相互作用）基础上，以较高的分辨率对影响台湾岛邻近海域的9015号台风浪过程进行了模拟研究。模式所需风场由藤田台风风场模型同化相应台风资料后提供；用自嵌套方式提供模式波谱边界条件。模拟结果与实际台风浪资料相符较好。台风过程模拟结果表明；台风中心位于台湾岛邻近海域的不同位置，台风浪有效波高的分布特征和传播方向都有着较大的差异。可以为整个台湾岛邻近海域台风浪分布特征的了解与认识提供较好的参考。     

卫星SAR图像的海洋大气边界层特征参数的反演

针对中国南海ERS-2／SAR三维对流涡旋图像,分别利用Young的协方差方法和惯性子域方法,反演了对流海洋大气边界层高度、海洋大气边界层垂直对流尺度速度、表面浮力通量、Obukhov长度、稳定性校正后的海面风速和海面风速稳定性校正因子。结果表明,2种反演方法的结果符合较好,在一定程度上说明利用协方差方法和惯性子域方法从卫星SAR图像反演海洋大气边界层参数的有效性。     

一种台风浪的数值预报方法

本文介绍由台风实时预报气压场资料、海上风的数值模式和台风浪数值模式三者构成的一种台风浪数值预报方法.在西北太平洋-中国近海20m以上深水区采用1°×1°网格“新型混合型海浪数值模式”^[1,2],而在南海和东海近海台风浪多发区内(含浅水区),分成若干小区块,采用(1/4)°×(1/4)°细网格,分别嵌套浅水WAM模式^[3].小区域的边界条件由大区域得到的计算结果提供.该方法经过1990、1991、1992年的试报^[4]、改进和完善后,于1993年6月开始进入国家海洋预报台的海浪预报业务.已对22个台风过程的台风浪进行模式跟踪预报,即准业务化预报.该方法运行稳定、预报结果也令人满意.1994年7月10日该方法的数值预报产品已在中央电视台午间新闻播出.     

9914号(Dan)台风浪的后报试验研究

利用WAM第三代海浪模式的第四版本(WAMC4)对40a来造成福建沿海灾害最严重的9914号台风海浪过程进行了后报试验，并与近岸常规观测和卫星高度计有效波高资料进行了比较。与常规观测站的比较结果表明，WAMC4能较好地再现海浪的发展过程。后报结果与TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星观测资料的对比研究表明，风速的后报结果与卫星观测有较好的一致性，但海浪的后报比卫星高度计反演的有效波高整体略偏低。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

全极化合成孔径雷达近岸风场反演研究

Coastal winds are strongly influenced by topology and discontinuity between land and sea surfaces. Wind assessment from remote sensing in such a complex area remains a challenge. Space-borne scatterometer does not provide any information about the coastal wind field, as the coarse spatial resolution hampers the radar backscattering. Synthetic aperture radar （SAR） with a high spatial resolution and all-weather observation abilities has become one of the most important tools for ocean wind retrieval, especially in the coastal area. Conventional methods of wind field retrieval from SAR, however, require wind direction as initial information, such as the wind direction from numerical weather prediction models （NWP）, which may not match the time of SAR image acquiring. Fortunately, the polarimetric observations of SAR enable independent wind retrieval from SAR images alone. In order to accurately measure coastal wind fields, this paper proposes a new method of using co-polarization backscattering coefficients from polarimetric SAR observations up to polarimetric correlation backscattering coefficients, which are acquired from the conjugate product of co-polarization backscatter and cross-polarization backscatter. Co-polarization backscattering coefficients and polarimetric correlation backscattering coefficients are obtained form Radarsat-2 single-look complex （SLC） data.The maximum likelihood estimation is used to gain the initial results followed by the coarse spatial filtering and fine spatial filtering. Wind direction accuracy of the final inversion results is 10.67 with a wind speed accuracy of 0.32 m/s. Unlike previous methods, the methods described in this article utilize the SAR data itself to obtain the wind vectors and do not need external wind directional information. High spatial resolution and high accuracy are the most important features of the method described herein since the use of full polarimetric observations contains more information about the space measured.This article is a useful addition to the work of independent SAR wind retrieval. The experimental results herein show that it is feasible to employ the co-polarimetric backscattering coefficients and the polarimetric correlation backscattering coefficients for coastal wind field retrieval.     

滨海核电可能最大台风浪的推算

采用当前国际流行的第三代波浪模式SWAN探讨了滨海核电工程可能最大台风浪的计算,并分析了可能最大台风浪与相伴随的可能最大风暴潮成长规律.分析得可能最大台风浪通常滞后可能最大风暴潮增水峰值,推算得到的可能最大台风浪高于遮浪海洋站观测到的最大波高,为滨海核电工程可能最大台风浪的推算提供参考.     

南海北部一次台风浪过程的数值模拟

采用Holland 模型将2009 年6 号台风莫拉菲参数化, 并通过一个权重系数将模型风场和背景风场叠加起来, 构造了南海北部台风过境时的风场。随后通过时空插值, 将该风场以空间分辨率5′×5′、时间步长1 h 的精度输入到SWAN(Simulating Waves Nearshore)模式中, 模拟了莫拉菲台风通过时南海北部的海浪场。然后使用Jason-2 卫星波高数据对模式进行了验证, 结果表明模式结果与实测值吻合良好。利用模式结果我们分析了台风中心和海浪场的最大有效波高中心的位置关系, 以及台风风场结构和海浪场结构的关系。最后, 通过计算海浪场的能量并将其与风要素和浪要素对比, 我们研究了台风过境期间海浪场的动力机制。     

一种增强型YOLOv3的合成孔径雷达(SAR)舰船检测方法

近年来,海战场成为现代战争的主要作战区域之一,舰船目标逐渐成为海上重点监测对象,能否快速准确地识别海战场舰船目标的战术意图,给指挥员的决策提供必要的支持,这关系到一场海上战役的成败.随着合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像技术的不断发展,大量SAR图像可用于舰船目标检测与识别.利...     

星载合成孔径雷达图像反演海面风场方法综述

合成孔径雷达作为微波雷达,具有全天候、全天时、高分辨率对海面成像的能力,能实现多波段、多极化、多视角的观测海面,可以提供大范围、高精度的实时动态海面信息,对其进行深入研究有着重要的意义。基于合成孔径雷达图像,分别以风向和风速反演为主线,对国内外海面风场反演的工作进行了详细的总结。     

Submesoscale eddies in the East China Sea detected from SAR images

Seven-year(2005–2011) Synthetic Aperture Radar(SAR) images are applied to study oceanic eddies in the East China Sea. It is found that most of these eddies detected from the SAR images are less than 10 km, which are submesoscale eddies. Seasonal differences are evident in the distribution of eddies, with the highest and the lowest number of eddies noted in summer and winter, respectively. Since slick streaks in SAR images look dark, an eddy identified due to the slicks is referred to as "black eddy". As a result of wave-current interactions in the zones of current shear, it can be seen that an eddy exhibits a bright curve, the eddy is called "white eddy". During the seven years, 95 black eddies and 50 white eddies are identified in the study area. Black eddies are found in the whole study area while white eddies are mainly distributed in the vicinity of the Kuroshio Current. This study suggests that the distribution of the white eddy is denser around the Kuroshio because of the strong shear in the Kuroshio region. In terms of the eddy sizes, white eddies are generally smaller than black eddies.     

基于HAC的溢油SAR图像分割算法

图像分割是SAR溢油检测中的关键步骤,但由于SAR影像中存在斑点噪声,使得一般的图像分割算法难以收到理想的效果,严重影响溢油检测的精度.发展一种基于凝聚层次聚类(Hierarchical Agglomerative Clustering,HAC)的溢油SAR图像分割算法.该算法利用多尺度分割的思想,能够有效保持SAR影像中溢油斑块的形状特征,并能减少细碎斑块的产生.利用2010年墨西哥湾的Envisat ASAR影像开展了溢油SAR图像分割实验,并将该算法和Canny边缘检测、OTSU阈值分割、FCM分割、水平集分割等方法进行了对比.结果显示,HAC方法可以有效减少细碎斑块的产生,有助于提高SAR溢油检测的精度.     

星载SAR对雨团催生海面风场的观测研究

雨团或对流雨是热带与亚热带地区的主要降雨形式,较易被高分辨率星载合成孔径雷达（SAR）探测到。SAR图像上的雨团足印是由大气中雨滴的散射与吸收、下沉气流等共同导致形成的。本文以RADARSAT-2卫星100 m分辨率的SAR图像上雨团引起的海面风场及其结构反演与解译作为实例进行分析。使用CMOD4地球物理模式函数,分别以NCEP再分析数据、欧洲MetOp-A卫星先进散射计（ASCAT）和中国HY-2卫星微波散射计的风向为外部风向,进行了SAR图像的海面风场反演。反演的海面风速相对于NCEP、ASCAT和HY-2的均方根误差（RMSE）分别为1.48 m/s,1.64 m/s和2.14 m/s。SAR图像上一侧明亮另一侧昏暗的圆形信号图斑被解译为雨团携带的下沉气流对海面风场（海面粗糙度）的改变所致。平行于海面背景风场其通过雨团圆形足印中心的剖面上的风速变化可拟合为正弦或余弦曲线,其拟合线性相关系数均不低于0.80。背景风场的风速大小、雨团引起的风速大小以及雨团足印的直径可利用拟合曲线获得,雨团足印的直径大小一般为数千米或数十千米,本文的8例个例解译与分析均验证了该结论。     

基于无人机紫外与SAR的溢油遥感监测方法研究

溢油污染不仅会造成巨大的经济损失,而且给生态环境带来难以修复的破坏。准确、高效地监测海面溢油仍是当前亟需解决的问题。紫外传感器对油膜非常敏感,可快速发现,但存在误判;而SAR(SyntheticApertureRadar)溢油探测的精度较高,两者相结合可准确探测溢油。无人机平台可低成本地实现溢油快速应急响应,无人机载SAR和紫外传感器的载荷重量小,可同时集成于无人机上开展联合溢油探测,以满足业务化监测需求,此方面的研究尚未见有相关报道。本文拟研究溢油不同种类、厚度、在不同海洋环境条件下的紫外图像特征和SAR纹理特征、形状特征、散射特征,构建溢油特征数据库,并建立一种基于特征组合的溢油SAR与紫外联合探测方法;在此基础上研究对无人机数据获取模式和控制单元等的改造方案,进而实现溢油SAR和紫外图像的高效获取。     

高分辨率SAR影像在海岛监视监测中的应用

高分辨率合成孔径雷达(SAR)是先进的成像微波遥感器,可全天候和全天时工作,在海岛监视监测中发挥特殊作用。文章概述高分辨率SAR的成像原理和国际应用进展,通过介绍海岛礁在高分辨率SAR影像上的表现,直观展示高分辨率SAR在小海岛识别和海岛开发工程监视监测等方面的应用,尤其提出利用SAR影像特征区分小海岛和船只的方法,同时提出将高分辨率SAR影像与中分辨率光学影像相结合的应用建议,助力我国海岛保护管理和监视监测工作。     

基于Holland台风模型及三重嵌套海浪模式的台风浪数值模拟研究

现有的风场资料存在台风中心附近风速偏低的问题。为改进台风期间风场数据, 使用Holland经验台风模型结合多平台交叉校准数据(cross-calibrated multi-platform, CCMP)及欧洲中期天气预报中心的再分析数据(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Reanalysis data, ERA5)风场资料, 研究了不同台风最大风速半径(maximum wind radius of the typhoon, RMW)、Holland B参数对模拟效果的影响, 确定了最优模拟参数, 并以改进后的风场驱动三重嵌套海浪模型对台风“威马逊”发生期间的台风浪进行模拟。模拟结果与实测数据对比表明, (1)改进的风场资料与实测结果更为接近, 作为海浪模式驱动项可更好地模拟台风期间波浪状况; (2)三重嵌套海浪模型的波浪模拟效果优于单独的海浪模型。     

Directional spectrum analysis and statistics obtained from ERS-1 SAR wave images

This work examines ERS-1 (the first European Remote Sensing Satellite) SAR (Synthetic Aperture Radar) water surface wave images over Hualien of Taiwan, indicating that the variation of SAR signals in space domain is similar to in situ wave data's in time domain. Some statistical properties of SAR data are investigated. The Rayleigh distribution function closely corresponds with the histogram of wave heights, but the Gaussian one cannot for water surface displacements. Evidence reveals that SAR wave signals do not respond well to actual ocean waves effectively. As wave spectral analysis of available SAR data reveals, the appropriate sample size of SAR wave image, sampling average, and moving average should be taken carefully to accurately confirm directional power spectra. Moreover, SAR spectra are compared with in situ ones, confirming that peak frequencies correlate well and wave directions approximately agree with each other. Some differences between both spectral shapes remain somewhat unclear and require further study. Nevertheless, in this study, ERS-1 SAR power spectra verified the feasibility of deriving an appropriate dominant wave direction and peak frequency.     

星载合成孔径雷达海浪图像谱仿真研究

利用Hasselm ann 的完全非线性积分方法对文氏海浪谱的星载合成孔径雷达(SAR)图像谱进行了仿真研究。结果表明: (1) 在星载SAR海浪成像过程中, 速度聚束调制远比水动力调制、倾斜调制和距离向聚束调制重要;(2) 图像谱有180°的方向模糊和方位向的高波数截断,距离向传播海浪的图像谱存在双峰现象; (3) 不同极化方式和雷达视向的选取对图像谱无明显影响, 因而对于海浪的星载SAR遥感而言, 可以采用单一极化和单一视向。对于不同成长状态的风浪而言, 以上结果保持不变。     

Sentinel-1卫星合成孔径雷达获取第一幅台风图像

In this note, we present the first Sentinel-1 synthetic aperture radar(SAR) typhoon image acquired in the northwest Pacific on October 4, 2014. The eye shape and sea surface wind patterns associated with Typhoon Phanfone are clearly shown in the high-quality SAR image. SAR winds retrieval procedure was given but the actual wind estimates will only be available after the European Space Agency(ESA) releases the official calibration coefficients in order to accurately derive the SAR-measured normalized radar cross section. This study demonstrates the advantage of Sentinel-1 SAR with regards to imaging fine scale typhoon patterns on the sea surface beneath storm clouds. This paper also advocates the use of Sentinel-1 SAR data that is made freely and openly available worldwide for the first time in civilian SAR history.     

1105号台风“米雷”台风浪模拟研究

以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场驱动目前国际先进的第三代近岸海浪模式SWAN (Simulating WAves Nearshore),对1105号台风“米雷”造成的台风浪进行数值模拟,基于浮标观测资料,验证了模拟数据的有效性,并对台风浪场的分布特征进行分析.结果表明:(1)以CCMP风场驱动SWAN模式,可以较好地模拟“米雷”所形成的台风浪场;(2)模拟的有效波高(SWH——Significant Wave Height)与浮标观测SWH在波高变化的走势上具有很好的一致性,模拟数据的走势则较为平缓,观测数据跳跃较为明显,模拟的SWH具有较高精度,仅在数值上略低于观测SWH; (3) SWAN模式对“米雷”所形成的台风近中心大浪区、台风眼、台风尾迹等方面进行了较好地刻画.