基于遥感海浪信息的近岸水深反演模型

基于遥感影像的测深技术具有易获取、成本低和覆盖率大等优势,是目前的研究热点问题之一。为在波浪折射的基础上,进一步综合考虑绕射及非线性的影响,本文提出了一种基于海浪波数和波高信息的近岸水深反演模型。将模型与Berkhoff 椭圆形浅滩理想试验对比,平均误差为0.13%,显著小于现有基于频散关系反演水深的方法。进一步应用模型反演三亚湾近岸地形,通过与海图对比,平均误差为11.58%,且大部分区域的误差小于10%。部分区域误差较大,主要是由于遥感影像获取的波数空间分辨率和精度较低。以上结果表明该模型可以利用遥感海浪信息较准确推算近岸水深。本文对于近岸浅海区的水深反演工作具有一定的参考价值。     

北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析

卫星遥感是开展北极海域海面风场和海浪分布特征与变化规律研究的重要手段。本文基于在轨多源卫星遥感数据,从遥感观测空间覆盖、时间覆盖和多源卫星遥感数据融合等方面开展北极海域海面风场与海浪遥感观测能力分析,研究主要结果为:基于ASCAT和HY-2A散射计可实现北极海域海面风场遥感观测,通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于12 h和0.1°的海面风场遥感融合数据;基于HY-2A、CryoSat-2、SARAL和Sentinel-3高度计可实现北极海域海浪遥感观测,同样通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于1 d和0.25°的海浪有效波高遥感融合数据;基于2016年北极海面风场和海浪遥感融合数据,分析得出北极海域海面风场和海浪在2月处于极大值,然后逐渐减小,7月最小,随后开始逐渐增大。本研究表明,基于多源散射计和高度计遥感观测可实现北极海域海面风场和海浪的高时空分辨率遥感业务化监测。     

基于单景高分辨率光学卫星遥感影像的浅海水下地形提取

本文基于海浪波折射现象和浅水波理论,提出了一种基于单景高分辨率光学遥感影像的浅海地形提取方法。首先,基于浅水波理论推导出适用于浅海区域的水深与海浪波长、频率的定量关系,针对近岸光学遥感图像复杂的海浪特征,讨论了两种海浪波长提取方法,即FFT方法和剖面线法。然后提出了基于长距离波长波动分析的海浪频率计算方法,解决了单景遥感影像的波浪频率计算难题。最后,利用单景QuickBird高分辨率光学遥感影像,以海南岛三亚湾为研究区域进行了应用实验,结果表明,对12m以浅的浅海区域,在不需要任何辅助参数的情况下,反演获得了浅海地形(DEM),经与1:25000比例尺海图的水深对比验证,地形趋势吻合良好,反演水深的均方根误差为1.07m,相对水深误差为16.2%,表明该方法适合于浅海水下地形的提取,且具有无需实测水深数据和环境参数的支持的优点。     

空间分辨率对水深遥感反演的影响分析

遥感水深反演中空间分辨率的影响是一个重要的科学问题。本文使用东岛的QuickBird和WorldView-2多光谱影像及实测水深点进行实验研究,实验使用了原始空间分辨率（2.4/2m）以及4种降空间分辨率（4m,8m,16m和32m）的影像,使用相同的水深控制点开展水深遥感反演,并对水深反演结果使用相同的检查点进行精度验证。实验结果表明,随着空间分辨率由2.4/2m降低至4m,8m和16m,水深遥感反演的精度呈现出逐渐提高的趋势,进一步降低空间分辨率则会导致水深反演精度下降。当影像空间分辨率为16m时,水深反演结果误差最小且与实测水深值相关性最高,此时两景影像的水深反演平均相对误差分别21.2%和13.1%,相对于最大值分别降低了14.7%和2.9%;平均绝对误差分别为2.0m和1.4m,相对于最大值分别降低了1.0m和0.5m。本文研究结果为水深遥感反演研究与应用中遥感数据的选择提供了参考。     

船舶含气泡尾迹的光学特性研究

基于充分挖掘卫星遥感应用于海洋监测能力的需求,通过海上试验测量船舶含气泡尾迹海水的物理、光学特征,研究气泡群对不同水体光学特征的影响,例如离水辐亮度、遥感反射率.这些工作可为通过星载光学传感器遥感获取船舶尾迹信息提供理论依据.试验证明在可见光和近红外波段船舶含气泡尾迹相对于背景海水的离水辐亮度、遥感反射率都不同程度地得到了增强,并且在一类水体中含气泡尾迹的光谱后向散射无论是相对增幅还是绝对增幅都要远大于二类水体中的.     

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。     

双通道高光谱地物波谱仪测量水体的遥感反射率

遥感反射率是描述水体光谱特征的重要参数之一，是海洋水色遥感的基础物理量。高光谱地物波谱仪具有通道多、覆盖波长广、通道带宽窄等优点，在水体水色特性研究方面具有独特的优势，文章在简要介绍水体遥感反射率测量原理基础上，对几个关键技术问题进行讨论，最后给出一些应用效果。     

基于遥感图像分析的极区海冰漂移研究

自然水体中石油污染含量的时空间分布是数字地球领域水体环境研究的一个重要参数,利用遥感技术提取水中石油含量也是数字地球研究领域的一个热点问题.基于2009-2013年进行的六次石油类污水野外配比实验数据,结合2013年6月-2014年4月晴天获取的中国辽宁盘锦辽河油田Landsat 8/OLI遥感数据,在对配比实验测定值、Landsat 8/OLI传感器模拟值和Landsat 8/OLI传感器过境值等三类遥感反射比数据进行归一化处理的基础上,通过对波段特征进行分析,发现含油水样与无油水样在绿色、红色和近红外波段的遥感反射比存在明显的差异,由此提出了水体石油污染归一化遥感反射比指数NDPRI (Normalized Difference Petroleum Remote Sensing Reflectance Index),该指数可用来判断水体是否存在油污染,进一步建立利用NDPRI来反演水中石油含量遥感模式.结果表明:(1)含油水样和无油水样在蓝色波段的归一化遥感反射比差别不大;(2)含油水样在绿色和红色波段的归一化遥感反射比明显低于无油水样;(3)无油水样在近红外波段的归一化遥感反射比呈现下降趋势,而含油水样的归一化遥感反射比随着石油类浓度含量的增加而明显抬升,呈现出较好的线性关系;(4)含油水样,其NDPRI小于0.45,此阈值作为是否有油污染的判断值.最后,利用2014年4-8月污水厂获取的现场实测数据对模式进行验证,相对误差为13.5％,表明所建立的模式具有良好的石油含量反演精度.     

远区台风“三巴”对长江口波浪动力场的作用机制

针对远区台风对河口波浪动力场的影响问题,利用第三代波浪模式SWAN计算了远区台风"三巴"期间长江口波浪动力场分布,分析了陆架至河口区的波浪能量耗散和波致泥沙侵蚀的时空分布,发现波浪由外海向近岸传播过程中,波-波相互作用导致能量由高频向低频转换,周期和波长逐渐增大,近底层轨道流速增大,能量密度增高;阐明白帽破碎是维持深水区波浪能量平衡和限制波高成长的主要机制,底摩擦耗能和水深诱导的破碎耗能是长江口横沙东滩和崇明东滩邻近海域波高衰减的主要原因;提出波浪产生的底部切应力与相对水深有关,当波浪传播到浅水区时,波长和周期越大,波浪切应力越大。研究揭示了与河口相距数百公里的远区台风能够对长江口波浪动力场产生明显影响,河口水下三角洲前缘是最容易受到波浪侵蚀的区域,研究成果弥补了目前关于陆架远区台风对河口波浪动力场影响研究的不足,对深化认识远区台风对长江口动力环境、地貌演变、航运安全和滩涂保护等有重要科学意义。     

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。     

空间变异对海洋叶绿素a质量浓度遥感产品精度验证的影响

海洋叶绿素a质量浓度遥感产品是海洋初级生产力与海洋生态系统固碳能力研究的重要数据源,为了保证数据的可靠性,对遥感产品进行精度验证以及验证误差的成因分析尤为重要.遥感产品的验证过程中,由于空间变异的存在,使得遥感像元尺度内的实测数据具有不同的离散程度和统计分布特征,并由此产生了不同的误差统计结果.本文选择MODIS-Aq...     

Influence of the vertical distribution of cyanobacteria in the water column on the remote sensing signal

An increased intensity of cyanobacterial blooms and their potentially harmful effects have attracted the attention of environmental agencies, water authorities and the general public worldwide. Reliable operational monitoring methods of coastal waters, lakes and ponds are needed. Mapping of the surface extent of cyanobacterial blooms with remote sensing is straightforward, but recognizing waters dominated by cyanobacteria throughout the water column and quantitative mapping of cyanobacterial biomass with remote sensing is more complicated. Unlike most algae, cyanobacteria can regulate their buoyancy and move vertically in the water column. We used the Hydrolight 4.2 radiative transfer model and the specific optical properties of three species of cyanobacteria to study the impact of vertical distribution of cyanobacteria on the remote sensing signal. The results show that the vertical distribution of cyanobacteria in the water column has a significant impact on the remote sensing signal. This result indicates that developing remote sensing methods for quantitative mapping of cyanobacterial biomass is much more complex than quantitative mapping of an algal biomass that is uniformly distributed in the top mixed layer of water column.     

黄河三角洲潮滩剖面特征

利用验潮、潮滩水准测量、沉积物分析和遥感资料,分析了黄河三角洲不同岸段潮滩的特征。水准测量表明,侵蚀潮滩剖面形态为下凹,而淤积潮滩则上凸,由高潮线至低潮线,潮滩沉积物均变粗,这种变粗趋势在北部侵蚀岸段和河口侧缘明显,在河口南侧稳定海岸则不明显。潮滩沉积物含水量为12.2%~32.2%,平均为21%,海滩表层沉积物不排水剪切强度在0.1~0.35 kg/cm2之间。受局限岸滩的平面形态和剖面形态受到周围大坝地形影响,具有和砂质海滩类似的形态,显示波浪对该潮滩的作用强烈,根据剖面测量结果与遥感图像,发现河口北侧有一个小的冲积扇。     

Methods for retrieval of sea wave spectra from aerospace image spectra

An approach to the retrieval of sea wave spatial spectra based on satellite optical imagery in linear and nonlinear approximations is described. Physical mechanisms of the formation of disturbed sea surface brightness fields recorded by remote sensing equipment are analyzed. Wave spectra retrieval methods using brightness field formation models that consider linear and nonlinear dependencies on sea surface slopes are suggested. A method for the construction of operators that retrieve the spatial spectra of surface wave slopes and elevations from aerospace imagery and take into account nonlinear modulations of disturbed sea surface brightness fields is developed. This method is based on the numerical simulation of sea surface images and the construction of a retrieving operator with respect to a set of parameters determined by aerospace imaging conditions. Examples of the use of the developed methods are given.     

推算波浪多年一遇波高的新方法

采用卫星遥感推算多年一遇波高的新方法，对中国近海多年一遇波高进行推算研究。运用卫星遥感散射计得到的风资料推算了整个渤海区域波浪多年一遇的波高分布。通过与有实测资料4个点推算的结果比较表明：卫星资料和实测计算的误差随着重现期的增大而减小，最大误差百年和50年一遇波高为20cm；而百年和50年一遇波高正是工程中最为关心的，说明运用卫星遥感散射计风资料推算渤海多年一遇波高可行且结果合理。本研究方法为进一步运用和完善卫星遥感资料推算中国近海多年一波高场提供了一条新途径。     

Short-wave measurements by a fixed tower-based and a drifting buoysystem

The small-scale roughness of the sea surface acts as an important link in air-sea interaction processes. Radar and sonar waves are scattered by short surface waves providing the basis for remote sensing methods of the sea surface. At high wind speeds, breaking waves occur. Bubbles penetrate into the water and drastically increase acoustical reverberation, transmission loss and ambient noise. Thus, the development of short waves and wave breaking have to be known to apply radar remote sensing to the surface and to deduce from radar backscatter which sonar conditions prevail. To measure the wind dependence of short waves an experimental device was constructed for use from stationary platforms. It is nearly all-weather capable and can easily be handled by a crane. On the other hand, frequencies of short waves measured in a fixed position are extremely frequency shifted by currents. This limits the usefulness of tower-based measurements, e.g., the short wave modulation by wind and waves or currents can only be estimated in a rough approximation. Consequently, a buoy was developed to reduce the frequency shifts. The principle of the buoy is to drift in the local surface current and to follow the amplitudes of long waves. Therefore, short waves are measured in facets of long waves and the Doppler shifts are minimized. The wind is measured at a constant height above the long wave profile and relative to the moving facets. The paper describes the conventional measuring device and points out the necessity of the drifting buoy system. Examples of wind and wave spectra are presented and short wave modulations by long waves are depicted, too. From these measurements, new insights in short wave behaviour have to be expected     

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。     

内波的生成、传播、遥感观测及其与海洋结构物相互作用研究进展

内波是层结海洋中普遍存在的一种海洋动力学现象,包含内潮、内孤立波、近惯性内波等多种形式,由于其携带能量巨大,分布范围广,发生频率高,对海洋结构物造成严重威胁。对国内外关于内波生成、传播演化、海遥感观测及其与海洋结构物相互作用方面的研究进展进行综述。总结了关于内波的生成机制、浅水和深水区域内波传播演化特征、实际海洋内波特征的遥感观测以及内波与海洋平台及水下潜器相互作用的研究成果,讨论了数值模拟、模型试验、遥感观测等研究手段在海洋内波研究中的应用以及取得的相应研究成果。最后,在探讨海洋内波研究趋势的基础上对未来关于内波生成机制及其海洋学特征观测相关研究需考虑和解决的问题进行了展望。     

光滑表面内孤立波光学遥感图像的实验研究

基于光学遥感图像的内孤立波参数反演是一项重要的工作。本文在实验室条件下提出一种新方法用于模拟光滑表面情况下内孤立波的光学遥感成像。基于二维内波水槽、LED平板面光源和CCD相机搭建仿真光学遥感系统探测内孤立波。水平表面的光学遥感图像和垂向内孤立波传播图像被同时探测,旨在探讨在光滑表面下,光学遥感与内孤立波的响应。结果表明,内孤立波传播经过时,CCD1相机获得暗纹,暗纹的特性随光源入射角的变化而变化。光学遥感特征参数和垂向波要素相对应。实验还显示光学遥感图像的暗纹宽度与内孤立波的半波宽度在不同内孤立波振幅下呈现正相关关系。该系统有着现象清晰,重复性高的优点,为定量研究光学遥感成像机理提供科学依据。     

Study on detection of coastal water environment of China by ocean color remote sensing

ＳＡＴＥＬＬＩＴＥＰＲＯＧＲＡＭＳＦＯＲＣＯＡＳＴＡＬＷＡＴＥＲＤＥＴＥＣＴＩＯＮＳｉｎｃｅｔｈｅ 1 980ｓ,ｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎＣｈｉｎａ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｐｒｏｇｒａｍｓｆｏｒｃｏａｓｔａｌｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ.Ｔｗｏｏｃｅａｎｃｏｌｏｒｃｈａｎｎｅｌｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｆｉｒｓｔｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔ…