卫星遥感海面温度的现状和未来

一、引 言 卫星遥感作为对海洋环境进行监视的有力工具已广泛应用于多种海洋环境要素和现象的监测之中。应用卫星遥感海面温度则是这些应用中比较早且比较成熟的一种。20多年来,用于海面温度测量的卫星遥感仪器已经得到了很大的改进和发展,卫星资料海面温度反演方法、和资料处理技术也有了很大的进步。卫星海面温度资料已广泛应用于海洋分析、研究和预报应用的许多领域。近年来,由于全球气候研究工作的广泛展开,对全球海面温度资料的要求变得更加迫切了,海面温度的卫星遥感也日益为人们所重视~([1],[2])。 目前,世界上拥有卫星监视地球及其大气环境的国家或者国际性组织已有美国、苏联、日本、印度和欧空局。这些卫星携带的可用于获取海面温度资料的遥感仪器很多,卫星资料海面温度反演方法各种各样,获得的海面温度的精度差别也很大。本文只选择一些能够代表当前海面温度的卫星遥感水平和未来发展趋势予以介绍。     

拖曳式CTD用于校准卫星红外SST的技术优势分析及方案设计

海表温度(SST)是海气相互作用的重要指标,是反映海气间热和气体交换的动力要素.卫星海表温度测量的主要手段之一是利用海面红外辐射,而与卫星遥感数据同步和准确的海面温度实测数据是建立卫星海表温度测量反演算法的关键.论述了应用拖曳式CTD数据校正卫星红外SST的优势与方法,为SST校正提供了有益的补充.     

应用卫星红外窗区遥感资料反演海面温度时的云捡测和大气削弱订正

云检测和大气削弱订正是利用气象卫星红外大气窗区通道辐射测量资料,精确地反演海面温度的两个主要问题。本文介绍了美国国家地球卫星局（NESS）全球业务洋面温度计算系统（GOSSTCOMP）过去用过和目前正在应用的云检测和大气削弱订正方法。如果我们希望利用气象卫星辐射测量资料计算海面温度,或者建立类似的海面温度计算系统,这些经验对我们是有帮助的。     

卫星遥感与船测黄海和渤海海面温度场的比较

本文通过将1979,1980两年3—5月份由TIROS-N及NOAA-6所获得的黄海和渤海表面温度图与同时期的船测温度图比较,不仅阐明了卫星红外遥感海面温度模式的可靠性,而且论证了船测等温线图的局限性,并提出由卫星-浮标(或船)联合,同时进行了大面积测量浅海地区海面温度场的方法。     

航空测量海面温度的数据分析

本文简单地阐述了用航空红外测温仪测量海面温度必须考虑的几种主要影响因素及其修正方法;着重介绍了在渔场温度环境监测中所采用的修正方法,并对所获取的表面及表层温度数据进行分析,获得了两者之间的关系。根据此关系及红外测温仪机上的记录数据进行了验算分析,推导出满足海表面温度精度的要求。     

基于POMgcs模式中国海及邻近海域三维温盐流数值预报海面温度的检验分析

对基于POMgcs海洋模式建立中国海及邻近海域三维温盐流数值预报系统的海面温度产品,进行检验分析。利用2011年预报的月平均海面温度数据同卫星观测的月平均海面温度资料相比较,发现三维温盐流数值预报系统预报偏高。此外,分别利用2011年GTS海洋观测海面温度数据和2012年2、3、4月份卫星融合海面温度数据,与该系统海面温度预报逐日产品进行检验分析。检验结果表明:预报精度随着预报时效逐渐降低;预报海面温度高于观测值1℃~2℃。     

微型电子温度计的研制与实验

目前国内外的湿度计品种繁多,测湿方法各异.但这些湿度计都不能测量大风时的海面湿度.因为大风时海面波涛汹涌,近海海面空气水汽含量相当大,且湿度的变化也很大,这时在甲板上作业非常困难,各种需现场观测的湿度计都无法使用,迄今也未曾见过测量高海况、大湿度的湿度计的报道.本文介绍一种用于高海况海面湿度测量的微型湿度计的设计与研制.     

X波段雷达在海面动力环境监测中的应用研究

论述了X波段雷达在海面动力环境监测中的应用.利用X波段雷达提供的有效数据对海面动力环境的诸要素进行测量,如海浪的波高、波向、波长与波周期,海流场的流速和流向以及海面周围的风场等.     

海面光谱辐射计系统研制及遥感反射比的测量

本文报道海面光谱辐射计的研制、定标和海上现场实验测量。运用一个 2 5 6元光电二极管列阵传感器件测量海面离水辐亮度和向下辐照度的光谱分布 ,可计算得出遥感反射比。该仪器所测量的数据可以用于海洋方面相关专业的科学研究 ,并给出海上实验测量数据     

包含温度因子的海水地球物理模型函数建模研究

以SeaWinds散射计为例,利用其L2A卫星测量数据和相应的海面浮标测量数据,以温度作为独立变量,借助人工神经网络首次尝试建立了包含温度因子的海水地球物理模型函数。建模实验结果表明,在3—15m.s-1风速范围内,对于两种极化方式,后向散射系数先随温度的升高而增大,当风速大于某一数值后,又随温度的升高而减小,但两种极化方式的转折风速存在差异。该研究结果为海面微波散射机理认识的进一步深入和模型函数精度的进一步提高展示了潜在的可能途径。     

东海黑潮热含量的计算和分析

黑潮对海洋和大气的影响已越来越受到海洋和气象工作者的重视。本文从海洋对大气热力影响方面对东海黑潮热含量作了计算和分析;表明,热含量的变化除受来自低纬海水输送量的多少影响外,还受EL NIO现象的影响。 一、资料的选取和计算G断面东起27°30′N、128°15′E,西迄     

一次新的厄尔尼诺事件即将形成

一次新的厄尔尼诺事件即将形成宋家喜（国家海洋环境预报中心，北京）在１９９１～１９９５年的五年中，赤道东太平洋共发生了三大厄尔尼诺事件，即１９９１年５月至１９９２年６月，１９９３年３月至１０月，１９９４年１０月至１９９５年２月。也有人认为是一次长厄尔尼...     

黄海春季海雾的年际变化研究

利用黄海沿岸有代表性测站的常规观测资料和NCEP／NCAR资料，对黄海春季海雾年际变化进行了分析发现，雾多年份冬季环流减弱、低层流场向黄海为偏南向流入、中低层水汽充足、层结稳定；有雾时气温水温差在0．5—2．2℃范围内，地面风向以S-ESE为主。分析结果表明，在春季黄海雾形成过程中，高空环流提供了暖湿空气的输送条件，低层流场及地面风场的分布有利于来自西太平洋低纬地区的水汽向黄海海区输送；中低层水汽充沛，昙结稳定，水气温差在一定范围内有利于海雾的形成和维持。     

北太平洋海温与南方涛动的相关分析

有关热带太平洋的海洋学和气象学近年来已列为理论和“诊断”研究的课题之中。从事这方面的大量工作是探讨埃尔尼诺和南方涛动(SO)相互作用的复杂机理问题。本文着重讨论南方涛动与北太平洋海温相关场的时滞关系以及它们的时空变化,表明在不同海域、不同季节中都存在较大的差异。     

表层海水温度场的正交综合因子场分解预报方法——东海及其外缘海域月平均表层水温预报

表层海水温度预报的途径目前在我国仍以统计预报为主,数值预报和数值动力统计预报尚在探索中.表层海温统计预报一般又分为单要素时间序列预报和多要素相关预报两类.这些方法各有长处和短处,因此在预报实施中,应根据各种方法的特点,互相补充,综合发布预报.我们在应用经验正交函数分析预报表层海水温度场的基础上,也曾对表层海温场的多因子相关预报方法进行了多种试验.     

东海表层多年平均水温的奇异矢量分析和水系划分

在海洋学和气象学的研究中,海洋表层水温是最重要而又易于观测的基本参数之一,对其观数据进行收集、整理和分析研究,向为海洋和气象业务部门所重视。就东海来说,日本气象厅长崎海洋气象台自1953年以来即已系统收集该海区的表层水温观测资料,逐旬发布《东海表层水温旬报》。并先后出版了三卷详尽的资料汇编:《东海逐旬表层水温五年报(1953-1957)》,《东海及黄海逐旬表面水温十年报(1953-1962)》,《东海表层水温二十年报(1953-1972)》。 现有关于东海表层水系配置以及与之有关的海流系统和海况变动等方面的知识,大多是通过这些资料的分析研究而得到的。其中,特别应该提到的是日本学者菊池繁雄(1959)、小泉政美(1964)和佐原勉(1974,1975)的工作。他们分别依据上列三项资料,对东海表层水温旬报中的一百多个测站的水温季节変化作了常规统计分析,并在些分析基础上定性地勾划出东海表层水系配置和海流系统的大致轮廓。这些研究成果迄今仍是讨论东海水文特征的重要依据。 然而,上述三位作者提出的东海表层水系划分方案,尽管大体相同,但在测站类别的划分或合并以及代表站的选择等具体问题上却有颇大的出入，如表1及图1所示。在我们看来,这三种基于表层水温季节变化统计特征而提出的水系划分方案之所以有如此显著的差别,其原因主要不在于资料的年限不一,而是在于缺乏客观的分类判据。迄今为止,在海洋水文特征的分析研究中,水系(或水团)划分判据的选择是一件相当主观的事情。一般都是根据分析者的经验和直观判断来作出选择。表1列举的三位作者所依据的统计特征,除菊池繁雄(1959)采用的水温年变化调和常数以外,大多并不提供独立的信息,因而未能充分揭示各测站表层水温季节变化之间错综复杂的关系。况且,这三位作者在具体分析各测站的各种统计特征的相似性或差异性时,并未给出客观的判据,而只是先验地从不同的角度对这些特征加以删简或强调,这就给测站的聚类和相应代表站的选择带来了不同程度的片面性,以致得到不同的聚类结果。 为了避免上述关于东海表层水系划分方案所蕴含的不确定性,我们试图采用数据矩阵的奇异值分解技术,对东海82个1°×1°(经、纬度)网格点的多年(1953-1972)旬平均表层水温季节距平数据矩阵进行正交分解,从而确定表征该海区表层水温时-空变异的前几对最具特征意义的奇异矢量,以之作为东海表层水系划分的一项客观依据。     

HY-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度

本文基于最大互相关法,利用海洋二号（HY-2）卫星扫描微波辐射计37 GHz通道多时相垂直极化亮温数据,获取了北极海冰漂移速度。采用2012年和2013年国际北极浮标计划海冰现场观测数据,对利用微波辐射计亮温资料反演的冬季北极海冰漂移速度进行了定量验证,结果表明:流速和流向均方根误差分别为1.12 cm/s和16.37°,从一定程度上说明了HY-2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演海冰漂移速度的可行性。此外,使用美国国防气象卫星F-17搭载的专用微波成像仪91 GHz通道垂直极化亮温,采用高斯拉普拉斯滤波方法进行处理,结合最大互相关法反演的海冰漂移速度,优于法国海洋开发研究院海冰漂移速度产品。     

南黄海浒苔漂移轨迹年际变化规律及驱动因素

综合利用环境卫星(HJ-1A/1B)CCD影像与MODIS影像,对2011-2017年南黄海海域浒苔信息进行了提取,并结合QuickSCAT海风数据以及ESRL海温数据对浒苔生长及漂移路径的影响进行了分析。结果表明:(1)7年中利用遥感手段最初发现浒苔的日期为5月份,初始发现位置多集中在江苏省盐城市附近海域,且近7年浒苔漂移方向整体上向北,进入山东半岛海域。其中,浒苔中心点距离青岛海域最远约115km(2015年6月21日),最近约9.6km(2012年7月11日)。(2)浒苔中心点漂移方位年际差异较大,整体上浒苔漂移路径方向与海面风风向高度一致。(3)SST是浒苔暴发的关键环境因子,南黄海海域5—8月份SST逐月升高为浒苔生消过程提供了环境条件。     

基于遥感和气象数据对辽东湾海冰变化预测研究

辽东湾是渤海海冰灾害最严重的区域,精确预报海冰的空间分布、动态变化,对降低海冰灾害风险具有重要的作用。本文以辽东湾为研究区,以MODIS数据和气象数据为数据源,根据2010/2011年度到2014/2015年度辽东湾海冰5年结冰信息得出该海域结冰概率,建立营口气象站积温与结冰概率的关系模型,对辽东湾2015/2016年度海冰初冰期至盛冰期的发展及空间分布进行模拟、预报,结果表明:利用结冰概率与营口积温相关关系可以实现对辽东湾海冰的动态预测,利用混淆矩阵对海冰提取结果检验,总体精度在90%以上,为渤海及其它地区局部条件下海冰预测提供参考。     

渤海海冰数值模式中计算参数的确定

在渤海海冰数值模拟和预报中,针对该海域的气象和水文特点,对模式中的计算参数进行了确定是必要的。本文通过对辽东湾ＪＺ２０－２海域的气象、水文和海冰要素的定点观测,对同太阳辐射、海洋热通量以及拖曳系数等参数进行了计算,对其特点以及对海冰生消和运移的影响进行了分析和讨论。这对提高渤海海冰数值模拟和预报的精度有很大促进,也是建立和发展局地工程海冰数值模式的重要内容。