用Geosat高度计数据提取东海大地水准面

大地水准面是地球重力势等势面,它反映了地球形状及海面重力场异常特征,对大地测量学及海底探矿意义重大.本文利用Geosat高度计50个ERM周期共2.3a的数据,对包括东海区域的20°～40°N,120°～140°E海域进行了大地水准面反演计算.本文采用时间平均处理法有效地抑制了高度计数据中含有的由海洋时变因素引起的高度偏差,并用两种计算模型得到了东海大地水准面.计算出的大地水准面可反映出某些小区域海底特征,但与大尺度海底地形相关较差,这主要是由地壳均衡补偿作用引起的.对计算误差分析得出,采用模型-1和模型-2得出的大地水准面中残留的轨道误差分别为10.8和5.6cm,与OSU91A大地水准面模型偏差分别为37.6和42.2cm,时间平均处理使海洋时变因素引起的海面高度偏差降低了7倍.     

基于TOPEX/Poseidon资料的南海海面高度场的时空特征分析

采用经验正交函数(EOF)分解方法，对TOPEX／Poseidon卫星高度计在南海获得的1992年10月到1999年9月约7a的海面高度观测资料进行分析，从而获得南海海面高度距平场典型的空间分布型态及其对应的时间变化特征。结果表明，南海海面高度距平场在空间上主要表现为两种典型的分布结构：(1)由于冬、夏季风反转造成海盆尺度的涡旋结构，这种分布结构对南海海面高度距平场的方差贡献达27．46％；(2)NE—SW即吕宋—越南反相双涡结构，其方差贡献达20．37％。这两个模态都明显反映了季风的反转以及季风结构所造成的影响。同时，对各空间典型场所对应的时间系数序列进行了傅立叶谱分析，结果表明南海海面高度距平场存在多种时间尺度的变化。     

用T/P测高数据反求海域重力异常

本文以反Stokes公式为数学模型,应用由T/P测高数据计算的大地水准面高反演了海洋平均重力异常,并与船测平均重力异常和OSU91A位模型计算的平均重力异常进行了比以分析,得出了一些有益的结论。     

基于现场的卫星高度计定标技术研究

卫星高度计数据的广泛应用离不开准确的现场定标检验工作。在青岛千里岩海上试验的基础上,分别使用GNSS浮标法和潮汐法对Jason-2卫星高度计进行了定标。其结果显示:(1)GNSS浮标法使用高精度GNSS数据处理软件GAMIT/GLOBK及其Track模块,对GNSS浮标数据进行高精度处理,得到的高度计偏差为+195.7 mm,该方法可以消除大地水准面和潮位的影响,精度较高;(2)在潮汐法中,利用FVCOM海洋模式模拟了千里岩周边的潮位,并对比了GNSS浮标测得的潮位结果,二者的标准偏差达到了1.3 cm,满足高度计定标的要求,结合EGM2008计算的大地水准面和平均动力地形,得到的高度计偏差结果为+150.9±35.1 mm,该方法受限较多,精度较差。但两种方法最终得到的高度计偏差与国际其他定标场的结果相当。     

大地水准面高的计算及其在海底地形反演中的应用

为充分挖掘海洋重力数据在反演海底地形中的应用潜力,尝试探索利用大地水准面高反演海底地形的技术途径,并以夏威夷—皇帝海山链拐点所在海区作为反演试验区进行验证。首先采用Belikov列推法计算伴随(缔和)勒让德函数,利用EIGEN-6C4地球重力场模型解算获取了分辨率为1'的大地水准面高格网数值模型;然后通过综合分析反演比例函数和转换函数特点、研究海区大地水准面高与海底地形的相干特性以及大地水准面高本身尺度特征,获得了利用大地水准面高反演海底地形的频段范围;最终以试验海区大地水准面高为数据输入,构建了相应的海底地形模型(BNT模型),并与ETOPO1等海深模型进行比对分析。试验结果表明:BNT模型检核差值在一倍均方差范围检核点数量占比70.60%,相比正态分布更加集中;BNT模型检核精度低于ETOPO1等海深模型;海深模型检核精度随着水深增加不断提升,水深小于1 000 m时,海深模型相对误差出现较大发散现象;计算海域ETOPO1模型精度最高,GEBCO模型和DTU10模型检核精度相当。     

海洋大地水准面的多尺度分析

利用径向基函数多尺度分析方法,将GOCO05S模型海洋大地水准面分解为3个尺度,并进行详细的分析统计。分解后重构的大地水准面精度达到了±0.02m,表明了径向基函数出色的多尺度分析能力。对不同深度层面上大地水准面异常的分布及成因做了深入探讨。浅层上地幔大地水准面异常主要分布于板块边缘,呈条状,与火山热点源分布类似;深层上地幔大地水准面异常和大洋中脊所在位置部分吻合,主要呈带状或块状,与上地幔的对流有关;中间层上地幔的大地水准面异常形态介于上述两者之间,主要受火山热点源和地幔对流的综合影响。     

南海海面风、浪场的EOF分析

在气候分析中常常借助自然正交展开方法分析气象要素的时空分布特征,而对于海洋研究,由于过去观测手段的限制,很难获得较长时间序列和较大空间系列的观测资料,因此像气候分析中常用的经验正交函数(EOF)方法在海洋要素的分析中较少使用.卫星遥感技术的发展为海洋学研究提供了丰富的空间分布均一、时间序列较长的观测资料.本文根据TOPEX/Poseidon(T/P)卫星高度计获得的海面风、浪信息,利用气候分析中常用的EOF分析方法,分析了南海海面风、浪场的时空模态特征.这一分析结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考.     

基于观测资料的海浪与混合层深度相关性分析

从观测数据角度出发,考察海浪与上层海洋混合层深度的变化关系。采用卫星高度计和三套温度观测数据,利用改进的混合层深度提取方法,获得海洋混合层深度。简要分析了多年月平均的有效波高和混合层深度的空间分布特征及时间变化规律,并进一步分析了它们的相关性。二者直接相关性分析的结果表明,在南北半球的中纬度地区二者的相关系数较大,而赤道地区较小。滤除年周期的气候态月平均场后,计算的距平相关系数在赤道区域较小;但在太平洋东部、南部和南印度洋存在一个大值区。此外,进一步研究了有效波高和混合层深度年际距平的相关系数,其空间分布特征与二者的距平相关系数的分布特征类似。为探究混合层深度的影响因素,同时也分析了风场与混合层深度的相关系数。综合上述结果,海浪和上层海洋的混合层深度之间存在着一定的相关性,海浪过程是风输入能量向次表层海洋传播的一个重要途径。     

三维成像雷达高度计的工作机理及其可能的海洋学应用

三维成像雷达高度计(China Imaging Altimeter,CIALT)是中科院空间中心在传统高度计的基础上,结合偏离天底点观测技术与高度跟踪测量技术、合成孔径技术和干涉技术发展起来的新型雷达高度计.其中,偏离天底点技术是为了增大刈幅宽度,高度跟踪技术是为了兼容海陆信息的观测,合成孔径技术是为了增加方位向分辨率,干涉技术是为了测量像素点的高程值.CIALT相当于是一部Ku波段、小于5°入射角的SAR,它的成像机理与SAR和InSAR基本相似,同时也能够达到传统高度计那样的厘米量级的精确度.但是,CIALT的入射角小于5°,它发射的电磁波不满足发生Bragg散射和二尺度散射的条件,只能发生准镜面散射.因此,CIALT不能完全应用SAR的一些遥感机理和研究算法,但是可以在SAR的研究基础上发展自己的遥感机理和研究算法.CIALT技术主要是解决增加有效测量点和减小时间间隔的问题,它满足了现代海洋研究与应用对于海洋参数采样空间间隔和时间间隔的要求.它在海洋三维立体成像、海洋大地水准面、洋流、中尺度涡、海面风场、海浪和潮汐等方面有良好的应用前景.     

日本海西南海域现场观测和卫星高度计获取的海面高度距平的比较研究

压力传感逆式回声仪(pressure-sensor-equipped inverted echo sounders,PIES)可以用来测量海底压力和声波从海底到海面的传播时间。海底压力和声波传播时间分别被用来估计水体质量变化(正压)和比容变化(斜压)对海面高度距平的贡献。对由PIES在日本海西南海域现场观测数据得到的海面高度距平(PIES SLA)与卫星高度计海面高度距平(Sat SLA)进行了比较研究。利用相关分析法,对PIES SLA和沿轨T/P卫星、沿轨ERS-2卫星测得的海面高度距平(TP SLA、ERS-2 SLA)进行了比较;对PIES SLA和AVISO网格化海面高度距平进行了比较,估计可能的误差来源,并分析PIES SLA正压部分和斜压部分对SLA的贡献。比较发现,PIES SLA和Sat SLA的相关系数较高,且均方根误差较小,并且对特定区域和特定站点产生误差可能的原因进行了进一步的探讨。通过研究,有以下结论:(1)相对于湾流和黑潮地区,这一区域正压部分对海面高度的贡献相对较大;(2)如果再考虑斜压变化对海面高度的贡献,PIES SLA和Sat SLA相关系数会有所提升;(3)在高能区PIES SLA和Sat SLA相关系数较高,符合得相对比较好。总的来说,在日本海地区,PIES SLA和Sat SLA相关系数较高,具有较高的一致性,能为我国海洋二号(HY-2)等卫星高度计的校验提供一种可靠的方式。该研究对于PIES的研发和设计以及对于PIES的布放位置的选择都有一定的借鉴意义。     

WWATCH模式模拟南海海浪场的结果分析

利用美国NOAA/NCEP环境模拟中心海洋模拟小组近年新开发的一个准业务化的海浪数值模式WAVEWATCH Ⅲ(以下简称WWATCH),以每天4次的NOAA/NCEP再分析风场资料为输入,模拟了1996年的南海海域的海面风浪场,通过分析TOPEX/Poseidon(以下简称T/P)高度计的上升和下降轨道在南海海域的交叉点位置处的风、浪观测资料与NCEP风场和WWATCH模式模拟的有效波高大小,可以看出,NCEP风场基本与T/P高度计的风速观测结果一致,相应的模式模拟的有效波高也基本与卫星高度计的有效波高观测结果相一致,但从空间上看,在计算区域中心附近海域的结果一致性较好,靠近计算边界附近海域的结果相对较差,但这种因边界而影响模拟结果的范围很有限;从时间上看,冬季风期间的结果一致性较好,而夏季风期间的结果偏小的趋势明显,并且这种偏小主要出现在夏季风期间的极小风速值附近。     

基于点质量方法的似大地水准面计算模型改化及分析检验

针对源自位场等效源理论和点质量方法的似大地水准面计算模型适用性问题,重点围绕虚拟点质量反演和似大地水准面计算两个解算阶段,分别提出了3种实用化的积分模型改化方法,同时设计了3个阶段改化模型试验检验方案,使用超高阶位EGM2008作为数值模拟标准场,对两个解算阶段不同改化模型的计算效果进行了数值精度检核,并开展了数据观测噪声影响评估检验,得出了一些有参考和实际应用价值的研究结论。在一定条件下,使用改化点质量方法计算似大地水准面可获得1 cm的内符合度。     

南海海域岛屿高程基准确定与计算

大陆与岛屿之间的高程传递是当前海洋测量急需解决的主要问题之一。本文研究了利用GPS定位技术，结合我国现有陆地和海洋重力资料以及其它重力场信息，并运用国内外确定大地水准面的严密理论和算法来确定高精度的局部大地水准面，最终将我国高程基准从大陆传递到南海海域的岛屿上。     

北太平洋海表温度距平场变化因子与大气环流关系的初步研究

近年来,海表温度在中长期天气预报上应用较广泛,为了使这项工作更引深一步;同时为了开发海洋资源和航运,做好海表温度预报的需要,对海温距平场变化的因子进行研究,具有重要的现实意义。 我们利用自然正交分解法,对北太平洋地区(纬度范围取10°S—50°N,见图1)1949—1975年共27年的月平均海洋表面温度距平场(下简称海温距平场)进行分解。这     

用GEOSAT卫星高度计资料估计热带西太平洋赤道纬向地转流

卫星高度计资料在海洋动力学中的应用主要是进行涨平面及海流变化的研究。在物理海洋学中，海流速度的测定是非常重要的，所以用高度资料推算地转流有重要意义。本文用２年多的ＧＥＯＳＡＴ卫星高度计资料，根据地转平衡方程，计算了赤道１６５°Ｅ的纬向地转流速度，并且将推算值与实测资料进行了比较，其相关系数为０．８５，达到了令人满意的。实践证明只要对高度计资料的质量控制、误差订正等处理方法得当，滤波方法及尺度选择合     

基于EGM2008模型的近海高程传递方法研究

研究了基于EGM2008大地水准面模型的高程传递原理,通过青岛地区已知控制点数据计算得到EGM2008大地水准面模型与我国大地水准面差距,利用EGM2008模型计算高程异常的方法,结合GNSS技术实现高程传递。利用青岛市C级GNSS控制网数据,基于EGM2008模型,采用3种不同的拟合方法,建立了区域高程异常残差场,反演高程异常值与已知控制点高程异常值进行比对。利用青岛市D级GNSS点的数据对构建的格网模型的精度进行检核。结果表明:EGM2008大地水准面模型与我国的大地水准面存在22 cm左右的偏差;基于EGM2008模型的高程传递精度可达厘米级,可用于近海高程传递,几种拟合方法精度相当。     

干涉雷达高度计定标检验进展

卫星雷达高度计正从传统星下点的剖面测量向宽刈幅干涉测量发展,利用卫星观测二维的高分辨率、高精度海面高度正在成为可能,国外研究人员提出SWOT(Surface Water and Ocean Topography)干涉雷达高度计计划和我国新一代海洋科学卫星任务等计划有望实现海洋亚中尺度现象的观测。定标检验是评价卫星观测资料精度和质量的必要工作,传统高度计的定标检验均为基于验潮站、GNSS(Global Navigation Satellite System)浮标、有源定标器等方式的单点比对,难以满足干涉高度计的需求。目前国内外研究人员在干涉雷达高度计的定标检验中采用了全新的技术方案,并已利用机载试验和理论模拟开展了验证工作。对近10 a干涉雷达高度计定标检验的新技术方法进行介绍和总结,希望对我国的干涉雷达高度计卫星定标计划起到借鉴作用。     

海浪成长状态对TOPEX/Poseidon高度计风速反演的影响

以墨西哥湾同步高度计、浮标资料为例,研究了海浪成长状态对高度计风速反演的影响。同步的高度计风速和浮标风速比较显示,在墨西哥湾地区,海浪成长状态对高度计风速反演有较大影响。在考虑海浪成长状态影响的条件下,利用谱模型反演高度计风速,取得了较好的效果。与目前TOPEX/Poseidon高度计风速反演业务化算法相比,在海浪未充分成长条件下,考虑海浪成长状态影响后,根据谱模型反演获得的风速与浮标风速之间的均方根误差减小了30%,平均误差减小了83%。在利用谱模型算法反演高度计风速时,谱模型中的波龄因子(表示海浪成长状态)可以根据高度计测得的有效波高和风速获得,因此该方法具有广泛的适用性。     

星载海洋高度计海面回波信号的统计特性分析

论文首先从理论上简要阐述了星载海洋高度计海面回波的散射机理和回波信号后向散射模型;其后,利用Matlab数学工具,通过对我国＂神州四号＂飞船下传的大量高度计观测数据进行IQ采样数据提取、数据处理以及统计分析,进行了星载海洋高度计海面回波信号的统计特性分析与研究.     

TOPEX/POSEIDON高度计资料用于中国近海M2分潮的同化反演

以整个中国海为研究区域,把开边界取在TOPEX/POSEIDON(T/P)高度计资料数据点,利用趋近插值法将高度计资料同化到二维非线性潮汐数值模式中,反演了中国近海M2分潮的分布.计算结果与60个验潮站资料比较,符合良好振幅平均绝对偏差为6.7cm,相角偏差为5.5°,均方根偏差为12.6cm.根据计算结果给出东中国海和南海M2分潮的同潮图,与相关文献比较,符合良好.研究结果表明,以本方法利用T/P资料来反演中国海潮汐是可行的.