台湾海峡海表面温度的遥感反演及精度检验

海表面温度(SST)是海洋-大气系统中一个十分关键的物理量。SST为海洋学课题的研究提供了一种直观的指示量[1],在海洋捕捞中SST是寻找中心渔场的指标之一,可为渔业部门提供鱼类的回游路线和渔场的位置信息[2]。SST制约着海面和大气的热量、动量和水汽交换,是研究大气环流和气候变化[3]甚至台风移动路径[4]等气象学课题的一个重要因子。因此,SST在海洋学和气象学研究中占有非常重要的地位,此外SST对海洋运输、海洋污染、海上油气资源开发、海滨核电站建设等方面的影响近年来也倍受关注。     

台湾海峡及其邻近海域海面温度锋的卫星遥感观测

使用1989~2001年的NOAA AVHRR图像,研究了我国台湾海峡及其邻近海域的海面温度锋.卫星遥感观测表明,该海域海面温度锋终年存在,锋面沿50~100 m等深线分布,西段呈西南西-东北东走向,东段以舌状向北突出,长约470 km.给出了该海域海面温度锋的多年月平均、季平均和年平均特征值.统计结果显示,锋的平均强度、平均最大强度和平均宽度分别为0.147,0.281℃/km和15.15 km.锋的各种特征存在明显的季节和年际变化.锋的不稳定性普遍存在,沿锋面常形成半环状的锋波,使锋面呈半环状波动分布.锋波形成的时间尺度约为1~7 d,锋的波长约为35~133 km,年平均波长为63 km,波幅为25~70 km.锋面的波动向北东北方向传播,并存在锋面整体向北东北的平移现象.     

上新世以来南海海水表层温度（SST）的变化

The reconstruction of sea surface temperature(SST) is a key issue in research on paleoceanography. The recently related studies are mainly concentrated on the Quaternary. The skeletons of a typical species of benthonic foraminifer(Amphistegina radiata) in the top 0–375.30 m interval of Well "Xike-1" reef core, Shidao Island, the Xisha Islands, are uniformly selected. The ratios of magnesium to calcium concentrations and other indicators are analyzed by an electron microprobe analysis(EMPA) with the purpose of estimating the paleo-SSTs since the Pliocene and further investigating the periodic change law of paleoclimate in the South China Sea(SCS).Meanwhile, the geologic significance of paleoclimatic events in the SCS is discussed with global perspectives. The results indicate that the paleo-SSTs reconstructed by the ratios of magnesium to calcium concentrations in the SCS show a general periodic trend of "high–low–high–low" in values changes since the Pliocene. By comparison,the fluctuations of reconstructed paleo-SSTs are much stronger in the Quaternary. Moreover, the variations of the ratios of magnesium to calcium concentrations in the A. radiata skeletons have recorded a series of major paleoclimatic events since the Pliocene, of which the Quaternary glaciation events and the Arctic ice cap forming events during the late Pliocene are more significant. Thus, using the changes of the ratios of magnesium to calcium concentrations in the A. radiata skeletons from Well "Xike-1" reef core to reflect the relative changes of paleo-SSTs is a relatively feasible and reliable way in the SCS, which is also proved by the correlation of drilling cores characteristics in this area.     

2011年夏季台湾海峡上升流的变化特征及其与风场的关系

根据2011年6月27日至7月4日台湾海峡航次的调查资料,结合6月1日至8月31日海表温度和风场的卫星遥感数据,分析了平潭附近海域、澎湖北部海域、东山附近海域、台湾浅滩东南部海域上升流的变化特征及其与风场的关系.以海表温度差值(SSTd)来反映上升流强度,该值负值越大,上升流强度越强,分析可知:在2011年夏季,平潭附近海域上升流的强度除了7月中、下旬和8月底外,其余时段较为稳定.SSTd值与局地沿岸风速存在滞后3 d左右的相关关系,特别是稳定持续的西南风对其强度有较大的影响.澎湖北部海域上升流的SSTd值在-1℃左右,强度相对较小,且6、7月比8月时强盛,局地风场对澎湖北部海域上升流有一定的影响,但不是主要影响因素,而是由地形和风共同作用.东山附近海域上升流的强度并不稳定,在6、7月变化较剧烈,到8月SSTd值稳定在-3℃左右,SSTd值的变化对于局地沿岸风的响应同样存在一个3 d左右的滞后时间,除此之外还与上升流中心的水平变动有关.而台湾浅滩东南部海域上升流虽有波动,但持续存在,且6、7月比8月时强盛,其变化与局地风场的关系不大,主要受海流和地形等其他因素的影响.     

围（填）海工程对厦门湾潮流动力累积影响的初步研究

利用2007年厦门湾岸线和地形,对数学模型的参数进行验证,在验证结果达到规范要求的基础上,对厦门湾5个典型历史时期岸线和地形下的潮流场进行模拟计算,并根据数值模拟结果分析不同期间围（填）海工程对厦门湾潮流动力的累积影响.到2009年,通过嵩鼓断面和厦鼓断面的潮量分别减少了54.9%和24.5%,而通过同安湾湾口断面的潮量减少了23.7%.围（填）海工程对厦门湾湾内流速大小的影响比较明显,厦门西海域和同安湾海域的主要航道及湾口流速变化尤为明显.嵩鼓水道流速减少了40%以上,厦鼓水道流速减少了20%以上.结果表明：由于诸多围（填）海工程建设,致使海域面积大量缩小,进而引起了厦门湾纳潮量显著减少,潮流动力条件明显降低.     

南海及其邻近海域SST系统的点概率密度谱特征

采用相空间点概率密度谱分析方法对南海及其邻近海域ＮＣＥＰｒｅａｎａｌｙｓｉｓＳＳＴ候平均资料进行了分析,发现南海与其邻近海域的ＳＳＴ系统的结构均具有混沌特征,南海与孟加拉湾ＳＳＴ系统的耦合谱分布几乎一致;年变化最显著,年际变化次之,季节内变化相对较弱。邻近西太平洋ＳＳＴ系统中的准３ａ耦合振荡相当显著。对于季节内振荡,西太平洋ＳＳＴ系统强于孟加拉湾和南海的ＳＳＴ系统。结果还表明季节内振荡（３０～６０ｄ）是一种耦合振荡。     

基于DINEOF方法重构台湾海峡叶绿素a遥感缺失数据的初步研究

卫星遥感观测是研究海洋环境变化的一种重要方法,但由于观测周期和天气影响等原因,观测数据经常存在一定的缺失,这使得遥感数据在海洋环境连续变化的应用研究中受到一定的限制.为解决此问题,本文采用了经验正交函数分解插值方法(DINEOF)重建缺失的遥感观测数据.首先,基于Sea Wi FS(1998年1月至2010年12月)、MODIS-Aqua(2002年7月至2014年12月)和MODIS-Terra(2000年2月至2014年12月)三级叶绿素a月平均数据产品,按像素点平均的方法组合成原始资料集;其次,利用DINEOF方法重构该资料集的缺失部分,从而得到完整的1998~2014年台湾海峡及邻近海域叶绿素a浓度的月平均数据集;再通过分析重构影像与原始资料的时空误差和验证重构影像的时空变化特征等方法,评价了所用算法和重构数据集的合理性.结果表明:基于遥感组合数据,采用DINEOF方法重构的叶绿素a遥感影像,能够有效地反映研究海域叶绿素a浓度的时空变化规律.研究还表明,该方法操作简便,无需先验信息,且重构精度高,能有效重构大面积缺失的影像数据资料,为探索海洋环境和生态的长期变化规律提供了较好的基础.     

2008年冬季台湾海峡及其邻近海域QuikSCAT卫星遥感风场的检验及应用分析

采用布放在台湾海峡及其邻近海域的2个浮标对2008年冬季（2008年12月至2009年2月）QuikSCAT卫星遥感观测的风场资料进行了检验.结果表明,这两者风速的相关系数为0.93,平均偏差为-0.03 m/s,均方根误差为1.10 m/s,平均绝对误差为1.54 m/s;风向平均偏差为-9.53°,均方根误差为22.83°,平均绝对误差为33.84.°这表明QuikSCAT卫星遥感风场资料在台湾海峡及其邻近海域冬季风观测中具有很高的适用性.本文利用2008年冬季QuikSCAT卫星遥感的平均风速场,分析了在＂狭管效应＂影响下台湾海峡及其邻近海域的风速特征.结果显示其平均风速具有3个基本特征：（1）台湾海峡中部存在着明显高于附近其他海域的高风速区,平均风速高出1~4m/s,风速高值区更贴近海峡东岸.（2）台湾海峡南部平均风速大于北部.（3）台湾岛东北角和西南角各有一个风速低值区.结合对2009年2月15~18日一次冷空气大风过程的分析发现,风速越大台湾海峡＂狭管效应＂越明显.     

卫星遥感南海海表面日增温的时空变化特征

利用搭载在Aqua和Terra卫星上的MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)、AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer for the earth observing system)传感器测量反演的昼夜海表温度(SST),计算海表面日增温(sea surface diurnal warming),分析南海海表面日增温的短期和年变动特征。受观测平台过境时间、传感器测量SST方式、反演算法等影响,MODIS/Aqua计算的日增温幅度略大于AMSR-E/Aqua和MODIS/Terra,但在表征南海海表面日增温的时空分布特征以及变化趋势上三者并未见显著性差异。南海海表面日增温在时间分布上以冬季为最小,春季为最大;在空间分布上则是南部海域大于中部和北部海域,东部海域大于西部海域。春夏之交的吕宋海峡西北部尤其容易发生日增温事件。海表面日增温与太阳辐射、风速、云量等影响有关,其中风速与海表面日增温显著负相关。     

融合海表温度产品在渤黄东海的对比分析及初步验证

本文分析了两套融合海表温度产品 （MGDSST 和 OISST） 在 1982—2019 年间的时空特征,并结合现场观测数据,分别对其在渤黄东海的适用性进行初步评估。结果表明： （1） MGDSST 和 OISST 两套融合产品在渤黄东海浅水海域差异显 著,且差异随水深的减小迅速增大,在水深大于 100 m 的海域两者差异较小。 （2） MGDSST 夏季多年平均值高于 OISST 约0.3 益,而冬季多年平均值则低于 OISST 约 0.23 益。 （3） 夏季 MGDSST 增温幅度显著强于 OISST,冬季则相反。 （4） EOF分析结果显示 MGDSST 在夏季的韩国沿岸流域和冬季的南黄海东部海域的空间变率显著强于 OISST,两者的时间系数则具有较好的对应关系。 （5） 通过与 KODC 现场观测数据的对比,发现 MGDSST 在渤黄东海海域表现要优于 OISST。本研究为融合海表温度产品在中国近海的适应性研究提供了理论依据。     

Test of numerical prediction of sea water temperature in the Taiwan Strait

INTRODUTION ln the ocean environrnent prediction nurnerital medels in the China seas, the TaiwanStrait was usually considered as oPen boundary either in the study of the East China Ai or thefouth China As, so it is difficult to get a satisfactory predicted result in this strait area.Recently many stud1es on the Taiwan Strait have been made, arid the predlction serviceproects of the drine prediction stage are increasing and have achieved high--favorable econodricbenefit. Nevertheless, t…     

基于MODIS的浙闽近海表层悬浮体时空变化特征分析

基于2015年中分辨率成像光谱仪（MODIS）卫星影像资料,结合实测悬浮体浓度数据及海表温度、风场、海表流场等资料,对浙闽近海表层悬浮体时空分布及控制因素进行了探讨。结果表明,浙闽近海表层悬浮体分布存在显著的季节性变化特征。研究区2～50 m等深线海域存在温度锋面,在一定程度上抑制了表层悬浮体向外海的输运。夏季的河流输沙有利于研究区北部近岸高浓度悬浮体分布,南风、西南风对表层悬浮体扩散起抑制作用;冬季在强烈东北季风作用下,再悬浮作用强烈,同时为表层悬浮体向南扩散提供了动力。本研究对完善东海内陆架泥质区沉积物输送机制具有一定的辅助作用。     

台湾海峡及周边海区MODIS气溶胶光学厚度有效性验证

大气气溶胶通常是指悬浮在大气中直径小于10μm的液态或固态的微小粒子.对流层气溶胶是陆地-大气-海洋系统的重要组成部分.它通过直接或间接辐射强迫强烈地影响着地-气系统的辐射收支平衡,进而影响全球环境和气候,是气候变化研究的一个重要因子.气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一,是表征大气浑浊度的重要物理量,也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子和大气模型的一个重要参量[1].探测气溶胶光学厚度可以采用陆基探测方法,如太阳辐射计、天空辐射计、日射强度计等,也可以采用卫星遥感观测的方法.     

3种海面风场资料在台湾海峡的比较和评估

本文对3种海面风场资料(CCMP、NCEP、ERA)在台湾海峡风场的平面分布和时间变化特征进行了相互比较,并应用2011年浮标观测的风速和风向资料分别对3种风场的误差进行了分析及评估。主要结论如下:(1)3种资料风场的平面分布、季节变化和年际变化特征基本一致,差异主要表现在冬季NCEP资料在海峡中部和南部的风速相对CCMP和ERA资料较大;(2)CCMP资料的风速偏差、风速均方根误差和风向均方根误差分别为-0.62m/s、1.67m/s和31°,NCEP分别为0.15m/s、1.64m/s和31°,ERA分别为-1.36m/s、2.4m/s和33°;NCEP资料的风速整体略偏大、CCMP略偏小、ERA偏小明显,CCMP和NCEP资料比ERA资料更接近观测;(3)在西南季风影响期以及风速较小时(风速不大于10m/s)CCMP资料的风速可信度较高、NCEP资料的风速偏大;在东北季风影响期以及风速较大时(大于10m/s)NCEP资料的风速可信度较高、CCMP资料的风速偏小;(4)3种资料的风向误差接近,均在低风速时(风速小于5m/s)误差较大。本文的结论可以为台湾海峡的海洋和大气科学研究选择合适的海面风场资料提供借鉴和参考。     

利用海面温度和海面动力高度反演西太平洋月平均温度场

海水三维温度场是海洋研究和海洋工程领域中最重要的数据资料之一。本研究基于量纲分析法获得海面参数和海水内部温度剖面之间的函数关系,进而提出了一种利用海面温度和海面动力高度反演大洋月平均三维温度场的方法。本研究基于该方法估算了西太平洋海域0～1 000 m深度范围月平均三维温度场,并将反演结果与基于Argo资料获得的三维温度场进行了比较,其结果证明了该方法的有效性。     

基于MODIS 影像渤海2012 年海冰变化分析

海冰是影响渤海冬季海运的严重灾害,研究年度周期内海冰时空变化具有重要意义。依据研究内容选择11期具有代表性的中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)影像数据,采用ENVI(The Environment for Visualizing Images)软件进行预处理,利用目视解译方法提取海冰面积与空间位置信息,采用ArcGIS软件制作了海冰时空变化图、海冰结冻与融化过程变化图。最后,对海冰面积变化、海冰结冻与融化过程进行了详细分析。研究结果表明,利用MODIS影像进行年度周期内海冰变化分析技术方法是可行的。     

2DVAR方法在台湾海峡海表流场融合中的应用

高频地波雷达可以提供沿岸大面积海表流的观测,但单个地波雷达只能提供径向流观测。本研究发展了一套二维变分(Two-Dimensional VARiational Method, 2DVAR)数据融合方法,将台湾海峡海域的地波雷达径向流数据与ROMS (Regional Ocean Model System)模式输出结果进行融合,得到一套较好的融合产品。结果显示,融合产品与雷达径向流的平均相对误差相较于模式输出与雷达径向流的平均相对误差由9.70%降低至1.54%。为进一步检验融合方法,设计了两种独立样本试验。试验一将雷达径向流按空间均匀划分为融合样本与独立样本,使用雷达融合样本与模式输出进行融合,此时融合结果的平均均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)相较于模式输出由0.41 m/s降低至0.19 m/s。试验二将雷达径向流和模式输出在空间上都均匀划分为融合样本与独立样本,对两种数据的融合样本进行融合,使用TC (Triple Collocation)方法估计模式输出、雷达观测与融合结果的误差方差,此时融合结果的平均误差方差最小,且其误差方差相对于独立的雷达径向流与模式输出在远岸处有明显减小。以上结果都表明融合数据更加接近实际海流,证明了2DVAR方法融合海表流的有效性。     

台湾海峡1989年初冬海面温度场和流系的卫星遥感初析

应用NOAA卫星AVHRR热红外遥感数据,通过计算机运算处理获得的海面温度专题图象,对台湾海峡及其邻近海域1989年初冬海面温度场及流系(黑潮、台湾暖流、浙闽沿岸流、南海暖流及台湾浅滩上升流)进行初步分析,利用卫星遥感手段佐证了过去用传统海面船测方法得出的一些结论,并获得了一些与过去有异的结果,得出1989年初冬浙闽沿岸流可达福建泉州湾和厦门港附近等结论,同时发现了该海域流系边界形成的几处波长在30～100km不等的切变波.