射频干扰校正对星载微波资料反演降水的影响

针对全球降水测量（Global Precipitation Measurement,GPM）卫星上搭载的微波成像仪（GPM Microwave Imager,GMI）,建立了陆面亮温数据的射频干扰（radio frequency interference,RFI）校正算法,同时提出了适用于GMI的综合指数雨强反演算法,即极化订正温度及散射指数（polarization corrected temperature-scattering index,PCT-SI）综合指数法,估算了2021年第6号强台风“烟花”登陆后,江苏及周边地区的雨强,与同时期双频降水测量雷达（Dual-frequency Precipitation Radar,DPR）的近地面雨强产品进行对比分析,并比较了RFI校正前、后的近地面雨强反演精度。进而用强台风“梅花”和一次江淮气旋检验了该雨强反演算法的精度以及RFI校正算法对提高反演精度的有效性。结果表明,GMI的高频观测与降水强度大小密切相关,利用低频组合拟合89.00 GHz通道亮温获得大气散射指数,散射指数越大,雨强越大;RFI信号对微波资料反演近地面雨强的影响显著,所提出的校正方法可以有效地校正陆面上受RFI污染的GMI观测数据。研究结果有助于揭示微波传感器多通道亮温资料和降水强度之间的相关性,提高微波反演陆面降水的精度,并为陆面降水反演和预报提供参考。     

SMAP卫星辐射计在中国近海及沿岸的RFI特征分析

射频干扰RFI(Radio-Frequency Interference)的校正和抑制一直是微波遥感研究领域的重要问题之一。本文基于SMAP卫星2015年5月1日至5日L波段辐射计亮温数据对中国近海及沿岸的射频干扰进行了特征分析。研究发现RFI分布不均匀,主要集中在城市群及其周边地区;通过对比辐射计天线接收的亮温数据与射频干扰校正和抑制后的数据,发现研究区域主要的射频干扰(95%)的平均值为1.4 K,整体射频干扰平均值为2.5 K,标准差为6.5;研究区域中不同波段和极化的数据受到射频干扰影响较为相似,受射频干扰影响最大的是升轨的垂直极化数据,受影响最小的是升轨的水平极化数据。     

适用于Ku波段雷达高度计海冰干舷高度反演的积雪校正方法

工作在Ku波段的Cryo Sat-2和Sentinel-3A合成孔径雷达高度计是当前最先进的高度计。由于雷达回波信号的实际时间跟踪点较预设的时间跟踪点总发生偏移,而且Ku波段波长短,进行海冰探测时易受雪层干扰,造成雷达信号主散射面由海冰表面上移至雪层内,这两个因素都影响着海冰干舷高度的反演精度。针对这些问题,本文首先确定了Cryo Sat-2与Sentinel-3A雷达高度计反演北极海冰干舷高度的最优波形重跟踪阈值组合,然后分析了这两个Ku波段雷达信号的雪层穿透系数,发现Ku波段高度计的主散射面受雪层的影响显著,会高估海冰干舷高度。基于此,文中提出了一种改进的积雪校正方法,并以机载Operation Ice Bridge(OIB)为验证数据,将本文提出的方法与通用积雪校正法和欧洲空间局(European Space Agency,ESA)海冰干舷高度产品进行了对比验证。实验结果表明,本文提出的方法能够有效估计Ku波段电磁波穿透海冰表面积雪深度的比例系数,显著校正了通用积雪校正方法存在的高估海冰干舷高度的问题,提高了海冰干舷高度的估算精度。     

星载微波散射计两种体制的比较

星载微波散射计可以提供全球、全天候、高精度、高分辨率和短周期的海面风场数据。根据雷达天线足印的形状,雷达散射计主要包括扇形波束体制与笔形波束体制两种形式。概述了两种体制微波散射计在设计结构及后期数据处理算法中的优缺点,并对两种不同体制散射计的系统仿真数据进行比较。分析结果表明:对于小型卫星平台,Ku波段的旋转扫描扇形波束散射计比笔形波束圆锥扫描散射计具有更优的风场反演性能。     

基于与Jason-2数据比对的Jason-3卫星高度计全球数据质量评估

Jason-3卫星高度计于2016年1月17日成功发射,2016年2月12日进入预定轨道,与Jason-2高度计同轨进入编队飞行阶段,并落后Jason-2高度计约1分20秒,两者相距约560 km。2016年9月1日,Jason-2高度计变换轨道,编队飞行阶段结束,两高度计进入平行轨道,以增加卫星高度计对地观测的空间覆盖。本研究主要开展了Jason-3高度计的数据质量的评估与检验,包括Jason-3高度计数据可用性和有效性的验证,以及Jason-3高度计和校正辐射计各参数的数据质量监测。重点开展了Jason-2与Jason-3高度计各项参数的综合比较,利用Jason-2与Jason-3高度计编队飞行阶段的数据精确评估了两高度计参数的一致性,并从全球数据角度分析了Jason-3高度计获取各参数的能力以及稳定性;通过与Jason-2互交叉点比较分析评估Jason-3高度计海面高度数据质量情况,验证Jason-3高度计数据精度。结果表明,Jason-3高度计的数据质量满足高度计测高的要求,具有与Jason-1、Jason-2、T/P等高度计相同或更高的测高精度以监测全球海平面变化,此外,Jason-3有效波高参数数据质量明显优于Jason-2高度计。     

基于IRI的卫星高度计电离层Keras神经网络模型研究

基于IRI-2016数据,通过深度学习建立了电离层Keras神经网络模型。经测试,Keras神经网络模型与IRI-2016模型具有同等精度。将Keras神经网络模型应用于Jason-2卫星高度计的电离层电子含量观测,对Jason-2双频观测值进行多项式拟合并与Keras模型值进行比对,结果表明:二者平均电子含量均方根误差为4.46 TECU;平均相关系数为0.75;将总电子含量的均方根差值换算成Ku波段的传输延迟值为8.5 mm,对于测高精度在厘米级别的卫星高度计,该误差在可接受范围内。电离层Keras神经网络模型可以扩展IRI模型的使用范围,方便快捷,也有效地避免了IRI复杂繁琐的分层积分算法。该模型可应用于单频卫星高度计的电离层延迟误差校正。     

一套基于FY-3B/MWRI观测的热带气旋微波亮温数据集

利用风云三号B星(FY-3B)微波成像仪(Microwave Radiation Imager, MWRI)一级亮温数据和每6 h一次的热带气旋(tropical cyclone, TC)最佳路径数据进行时空匹配,建立了TC微波亮温数据集。该数据集包含了2011—2016年全球六大海盆生成的热带风暴级别以上的TC共计538个,以及对应每个TC的微波十通道亮温和36.50 GHz、89.00 GHz的极化校正亮温度,并简要阐明了该数据集在热带气旋研究方面的潜在应用,尤其对TC生命周期内的微波亮温特征及TC强度变化研究提供了有力的数据支撑。     

基于星载微波辐射计的海洋大气参数反演算法研究

利用3个辐射传输模式对无冰无降水情况下的星载微波辐射计亮温测量进行仿真研究,通过模拟计算结果与同步卫星数据之间的比较分析,确定了用于反演算法研究的前向模式;利用该模式,提出了基于物理的星载微波辐射计海洋大气参数(包括海面风速、海表温度、大气垂直积分水汽量以及积分液态水量)多重线性回归算法。     

CUBE算法及其在多波束数据处理中的应用

阐述了一种基于表面生成的多波束数据处理方法——CUBE(Combined Uncertainty and Bathymetry Estimator)算法,用该方法可以对观测区域网格节点"真实"水深及相关误差进行估计。与从测量水深中选择出"最佳"数据的手工交互方式的多波束数据编辑手段不同,CUBE算法具有很强的抗差性和较高的效率,适合于实时多波束数据处理。对南海某测区多波束数据处理结果表明,在没有人工干预的情况下,利用CUBE算法去噪生成的海底DTM图与手工编辑生成的相当吻合。CUBE算法和手工编辑方法综合对比得出,CUBE算法能够很好地保留水深地形细节,在计算效率、误差评估、实时处理等方面比手工编辑方法具有较大的优势。     

基于Aquarius数据的粗糙海面L波段辐射模型研究

Aquarius是NASA于2011年6月发射的基于主被动遥感技术的盐度观测卫星,其主要载荷是一个工作于L波段的微波辐射计。Aquarius天线三波束扫描刈幅可达390km,在7d内完成对全球海域的盐度观测。海面风浪导致海面粗糙度的变化,进而影响海面微波辐射特性。粗糙海面辐射亮温是盐度信息提取的重要误差源,需要发展相应的海面辐射模型进行修正。本文利用Aquarius观测的海表亮温数据,与扫描微波辐射计WindSat测量数据进行时空匹配,建立了一个描述粗糙海面L波段辐射特性的参数化模型,进而利用该模型进行了海表盐度反演,并将反演结果与Argo实测盐度数据进行了比较。结果表明,本文发天展的参数化模型可以准确描述中低风速条件下的粗糙海面辐射,在12m/s以上高风速条件下对粗糙海面亮温存在高估;采用此模型反演的盐度误差优于0.5,在高风速条件下盐度反演误差可超过1。     

基于GIS的特色小镇生态敏感性研究——以山东营丘镇为例

生态敏感性评价是制定生态环境规划、区域环境政策的重要依据。文章利用生态敏感性相关理论,在营丘镇调研数据和影像遥感数据基础上,选取高程、坡度、水域、用地类型、道路交通5个敏感因子,构建评价指标体系;运用层次分析法确定各敏感因子权重;利用GIS多因子加权叠加法对山东营丘镇生态敏感性进行综合评价,得到营丘镇生态敏感性的空间分布。结果显示:区域生态敏感性的空间分布存在较大差异,敏感程度总体较高,极敏感区、高敏感区、中敏感区、低敏感区、非敏感区分别占总面积的10.09%、12.50%、25.57%、32.24%、19.60%。研究营丘镇的生态敏感性,并进行生态功能分区,提出分区保护和城镇规划建设措施,既满足发展需要,又能将生态环境影响最小化,保证营丘镇生态环境可持续发展。     

虹鳟和硬头鳟早期幼鱼渗透生理及能量平衡的比较研究

在0、5、10、15、20、25和30这7个盐度下比较研究了初始体重分别为(3.55±0.03)g陆封型虹鳟(Oncorhynchus mykiss)和(3.57±0.07)g溯河型硬头鳟(Oncorhynchus mykiss)的渗透压生理及能量平衡。40天的研究显示:(1)随盐度的升高虹鳟和硬头鳟的血清渗透压和离子浓度均升高,且S30组的数值显著高于其余各组(P<0.05);在S15、S20、S25和S30组,虹鳟血清渗透压、离子浓度均显著高于硬头鳟(P<0.05)。(2)虹鳟和硬头鳟分别在S5和S10组的Na+-K+-ATP酶(NKA)和Ca²⁺-Mg²⁺-ATP酶(CMA)活性最低;在S10、S15、S20、S25和S30组,虹鳟的NKA和CMA均显著高于硬头鳟(P<0.05)。(3)虹鳟和硬头鳟分别在S5和S10组的肌肉和鳃组织ATP含量最高;在S10、S15、S20和S25组,硬头鳟ATP均显著高于虹鳟(P<0.05)。(4)虹鳟和硬头鳟分别在S5和S10组的肌肉和鳃组织AMP/ATP和ADP/ATP最低,在S10、S15、S20、S25和S30组,虹鳟AMP/ATP和ADP/ATP均显著高于硬头鳟(P<0.05)。研究结果表明,3.6g左右硬头鳟渗透调节能力强于虹鳟,经过逐渐驯化它们最适生长盐度分别为10和5。     

降海鲑渗透生理及入海窗口期的研究进展

在过去30年中,降海鲑的发育得到了大量关注,研究降海鲑的发育,特别是如何调控降海鲑发育的时间和品质,以便幼鲑移入海水网箱。洄游型鲑科鱼类幼鲑向降海鲑的转变包含了一系列的行为、形态、生理的改变,这都为降海洄游进入河口做准备。降海鲑发育受几种激素的促进,包括生长激素、胰岛素样生长因子-I、皮质醇、甲状腺素,而催乳素通常会抑制发育。鳃氯细胞中特殊的离子转运蛋白(NKA、Na+/K+/Cl-协同转运蛋白和Cl-通道)丰度的增加引起盐分泌能力的提高,从而有利于降海鲑在海水中生长、游泳和存活。具银化期的鲑科鱼类(如大西洋鲑(Salmo salar)、硬头鳟(Oncorhyunchus mykiss)、银大麻哈鱼(Oncorhynchus kisutch)至少在淡水中生活一年,达到临界最小规格之后才可改变其对光周期的响应。如果在银化前未达到这个最小规格,则需等到下一年(或更长)。鲑科鱼类如何在一年中合适的时间确定其规格或生长率,并增加对光周期的响应性,这一重要的领域还未得到大量的关注。因此,了解降海鲑渗透生理及入海窗口期,查明不同鱼类适宜生长盐度,入海时间和方式非常重要,可为鲑科鱼类(如虹鳟(Oncorhynchus mykiss)、硬头鳟等)在黄海冷水团规模化养殖提供理论支持。     

台湾东黑潮主流区近千年来沉积物稀土元素的变化特征与来源

基于沉积物AMS14 C定年,研究了近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的稀土元素组成变化特征及赋存形态,探讨了该区近千年来稀土来源。台湾东黑潮主流区近千年来沉积物中稀土元素总量平均为119.82μg/g,低于上陆壳和中国黄土的稀土元素平均含量,与冲绳海槽较为接近;轻重稀土元素比值平均为11.30,明显富集轻稀土,具有明显的陆源属性。研究区沉积物稀土元素对球粒陨石和上地壳标准化配分模式均表现为轻稀土富集重稀土相对亏损,且具有弱的Ce正异常。根据定年结果及稀土元素变化特征趋势将柱状沉积物分为3层:0～8.5、8.5～21.5和21.5～30cm,随深度增加稀土元素总量的平均值逐渐增大,轻重稀土元素比值逐渐减小,Ce正异常程度逐渐减弱。稀土元素赋存形态分析表明,La、Ce、Pr、Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源,其他稀土元素受氧化还原环境影响相对较大。稀土元素主要存在于残渣态中,其次为铁锰氧化物结合态,残渣态对台湾以东黑潮主流区沉积物中总稀土元素的配分模式起决定性作用,也是造成Ce正异常的关键赋存形态。近千年来沉积物中稀土元素变化与沉积物粒度关系不大,物质来源较为稳定,台湾东部河流输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源,亚洲大陆风尘输送对稀土元素的贡献较小。     

水平轴潮流能水轮机阵列对区域潮流场影响研究

为考察水轮机阵列对区域潮流特性的影响,本文基于Delft 3D-Flow建立斋堂岛及附近水域的三维水力学模型并通过实测数据进行校验。经验证后的模型,采用TSE方法确定阵列在目标水域中的放置位置,并通过动量损失方式模拟水轮机对流场的影响,进而研究和评估在一定水域面积下不同水轮机数量组成的阵列对潮流场的影响。仿真结果显示:该水域放置水轮机阵列将对附近较大范围水域的水位产生影响,在靠近阵列处水位变化最大能达到3 cm;对区域流速影响较为显著,当阵列中水轮机密度较大时,其尾流影响区域局部时刻流速下降能达到45 cm/s且影响距离可延伸至其下游2 km外。     

基于数字全息显微的海洋浮游生物三维形貌快速重建方法研究

针对海洋浮游生物实时探测中,三维形貌特征难以快速获取的问题,本文提出了一种海洋浮游生物三维形貌快速重建的方法。基于离轴菲涅尔数字全息显微系统,通过改进相位恢复方法预消除相位畸变,直接得到正确的相位信息,进而对浮游生物三维形貌重建。该方法不需要进行后期复杂的相位补偿计算,就可以对浮游生物三维形貌进行快速重建,有利于对动态、微小尺寸的浮游生物进行实时探测及分析。论文对青岛近海岸浮游生物桡足类和夜光虫进行了三维形貌重建,分辨率可达到3.5μm。实验结果为离轴菲涅尔数字全息显微系统用于海洋浮游生物原位、实时探测的可行性提供了依据。     

两种湍流模型在潮流能水轮机数值模拟中的适用性研究

在对特定湍流条件下的水平轴潮流能水轮机进行数值模拟时,不同的湍流模型对于计算结果具有一定的影响。为选择合适的湍流模型对所设计水轮机的三维流场进行描述,将采用常用的两方程模型(SSTk-ω与Realizable k-ε)进行数值模拟,得到不同工况下水轮机的性能参数以及水轮机后1.5D处流场的流速、湍流强度分布情况,并进行模型水槽试验,试验值与采用两种湍流模型进行数值模拟得到的仿真值对比表明:在低尖速比工况下,采用SSTk-ω进行数值模拟得到的仿真值比Realizable k-ε更接近试验值,在较高尖速比时,采用Realizable k-ε进行模拟得到的数值更接近试验值;采用两种湍流模型进行数值模拟得到的速度分布具有相似性,但对于湍流强度的预测,SSTk-ω更具有优势。考虑此水轮机的实际工况,选择SSTk-ω湍流模型进行描述更加合理。     

双酚A及其类似物对哺乳动物和鱼类神经毒性效应及机制研究进展

双酚A及其类似物双酚S、双酚F、双酚AF和卤代双酚A等双酚类化合物广泛用于生产聚碳酸酯塑料和环氧树脂,生产量大且目前在各种环境介质、食品及人体内均有检出。近年来,研究发现很多神经疾病的发生与双酚类化合物的暴露密切相关,有关双酚A及其类似物的神经毒性日益受到国内外研究者关注。本研究从对动物行为、神经发育、神经递质含量及神经递质代谢等方面综述了双酚类化合物的神经毒性效应及作用机制,为今后进一步探究双酚A类似物的神经毒性作用及其安全性评价提供更多的理论参考。     

日照豪迈码头港池布局对泥沙输移影响研究

港池的布局会改变其周边海域水动力条件及其泥沙冲淤状况,为了进一步了解其影响程度,本文以山东日照豪迈重工临港厂区运输码头的改造工程为研究对象,利用平面二维数值模型MIKE21/3 Integrated Models,建立了潮流和波浪耦合作用下的泥沙输移数值模型,对该工程附近海域进行了波浪、潮流和泥沙输移的数值模拟。同时采用实测数据对数值模型进行了验证,数值模拟结果与实测资料拟合较好,表明MIKE21能有效地模拟运输码头及其周围海域潮流的变化过程。以日照豪迈重工临港厂区运输码头为依托,基于数值模拟结果,分析不同改造方案下的水动力条件和泥沙冲淤状况。结果表明:港池布局对水动力条件影响甚微,对地形地貌冲淤影响较大;模拟结果确定港池南向开口为最佳改造方案,为工程的规划和设计提供科学依据。     

ECOMSED模式在渤海湾泥沙冲淤研究中的应用

渤海是我国一个内海,面积约8.2万km2,平均水深约20m,沿岸有众多的海上建筑。本文利用ECOMSED模式,首先采用大小区嵌套的方式模拟渤海湾的三维潮汐潮流分布。其大区模拟结果显示,m1分潮振幅平均差值为0.59,迟角差值为-7.37,M2分潮振幅平均差值为0.65,迟角差值为18.36,与实测结果对比良好。小区模拟结果显示研究区域主要以往复流为主,在涨急落急时刻沿岸区域的流速较大,并利用27小时的连续实测潮流资料对计算结果进行验证,其结果表明计算值与实测值吻合较好。随后利用ECOMSED模式的泥沙输运模块模拟小区泥沙冲淤情况,结果表明选定区域基本为淤积区域。最后讨论人工岛的建设和大风条件对模拟区域泥沙淤积的影响。结果表明人工岛的建立对该地区整体的泥沙运动影响不大,但由于地形改变,在一定程度上减缓了部分地区的淤积速度。在强风浪作用下,研究区域的淤积及冲刷区域同未添加波浪时基本一致,没有明显的骤淤区域。