基于OLCI数据的杭州湾悬浮物浓度估算及其产品适用性分析

悬浮物含量及其时空分布是河口海岸环境中关心的热点问题。2016年2月16日,欧洲航天局发射了新一代海洋水色传感器(OLCI),该传感器具有良好的时空及光谱分辨率。本研究结合2017年7月杭州湾同步采样数据,对比了6种大气校正算法和8种悬浮物浓度(TSM)估算模型,遴选和分析了适宜于杭州湾和OLCI数据的大气校正方法和TSM估算模型,验证了OLCI数据二级产品精度和适用性。结果表明:(1)基于紫外光谱的大气校正算法(UVAC)精度最高,同步4个采样点的大气校正平均相对误差(MAPE)分别为34.21%、13.11%、5.92%和20.28%。在除Oa1以外的14个波段的MAPE均值为15.23%,Oa4至Oa10波段的MAPE低于8%;(2)基于Oa16/Oa5的波段比值模型,具有良好的建模(MAPE为16.49%,RMSE为50.92 mg/L)和验证(MAPE为19.08%,RMSE为19.29 mg/L)精度及模型稳健性;(3)基于C2RCC算法的固有光学量和TSM含量产品及OLCI二级TSM含量产品在杭州湾精度较差,不适用于杭州湾TSM和固有光学量遥感监测应用;(4)空间上,TSM在杭州湾中部区域含量较低,在杭州湾南岸和湾口区域含量较高。     

基于多源遥感数据的日本海内波特征研究

日本海特殊的地理位置和复杂的地形使得该海域内波表征极为复杂,遥感是大范围观测内波的有效手段,已被广泛应用于内波的探测研究。本文利用MODIS、GF-1和ENVISAT ASAR遥感影像,开展了日本海内波特征研究。通过提取内波波峰线,生成了日本海内波空间分布图;获取了内波的波峰线长度和传播速度,并基于非线性薛定谔方程反演了内波振幅。研究结果表明,日本海内波分布范围宽广,不仅大陆架沿海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量内波;日本海北部45°N附近海域有少量内波出现,利用高分影像探测到朝鲜陆架浅海区有大量小尺度内波,大和海盆、大和隆起的西南部海域没有发现内波。日本海内波波峰线长达100多千米,深海区的传播速度大于1 m/s;浅海区内波振幅约10 m左右,深海区可达60 m以上。     

基于SAR图像数据的内波二维断面重构研究

针对传统内波重构是基于内波源基础,理论性限制太强,不适合实际应用。本文提出1种基于SAR图像反演内波参数并结合背景场密度剖面信息,对内波二维断面进行重构。在充分考虑到SAR图像反演的内波水平数据信息(数据信息均一化),垂向振幅以及垂向模态函数三者物理意义及相互关系后对内波二维断面重构,它具有物理意义清楚、实际可操作性强的特点。     

舰船卫星探测实验中利用AIS获取现场同步数据的可行性分析

在SAR与AIS联合探测探测舰船目标实验中,通过对2010-11-05T06：51渤海海峡Radarsat-2影像的和与之时空匹配的AIS数据比较,发现2种手段探测到的静止的舰船目标能够精确的匹配,但是运动的舰船目标存在一定的偏差.分析了偏差产生的原因,其中距离向偏差是由时间误差引起的;方位向偏差主要是由多普勒频移造成的;这与运动舰船目标的航速、航向及SAR与AIS的探测时间误差有关.在此基础上建立了数学模型,分析上述参数对偏差的影响,并对偏差加以修正,从而实现了SAR与AIS探测结果的匹配.     

基于合成孔径雷达交叉极化通道数据的海上目标探测

Azimuth ambiguities(ghost targets) discrimination is of great interest with the development of a synthetic aperture radar(SAR). And the azimuth ambiguities are often mistaken as actual targets and cause false alarms. For actual targets, HV channel signals acquired by a fully polarimetric SAR are approximately equal to a VH channel in magnitude and phase, i.e., the reciprocity theorem applies, but shifted in phase about ± for the first-order azimuth ambiguities. Exploiting this physical behavior, the real part of the product of the two cross-polarized channels, i.e.(S S)HV VH, hereafter called A12 r, is employed as a new parameter for a target detection at sea. Compared with other parameters, the contrast of A12 r image between a target and the surrounding sea surface will be obviously increased when A12 r image is processed by mean filtering algorithm. Here, in order to detect target with constant false-alarm rates(CFARs), an analytical expression for the probability density function(pdf) of A12 r is derived based on the complex Wishart-distribution. Because a value of A12 r is greater/less than 0 for real target/its azimuth ambiguities, the first-order azimuth ambiguities can be completely removed by this A12r-based CFAR technology. Experiments accomplished over C-band RADARSAT-2 fully polarimetric imageries confirm the validity.     

基于Sentinel-2卫星影像的海南西岛珊瑚礁识别和变化分析

珊瑚礁是海洋中最重要的生态系统之一, 近年来在全球气候变化和人为干扰加剧的影响下, 我国南海珊瑚礁总体处于快速退化状态。以海南西岛珊瑚礁为例, 基于Sentinel-2系列卫星10 m空间分辨率影像, 利用面向对象分类法(object-based image analysis, OBIA)对2017年12月~2018年3月和2021年12月两个时期的海南西岛珊瑚礁底质进行了识别分类, 并进行珊瑚礁面积变化分析。将2021年12月的分类结果与现场调查数据进行对比验证, 总分类精度和Kappa系数分别为83.3%和0.71。对比两个时期珊瑚礁底质分类结果表明, 西岛西侧珊瑚礁覆盖面积未出现明显变化, 东侧珊瑚礁显示恢复趋势。本文研究表明, 10 m地面分辨率卫星系列影像和面向对象的阈值分类方法可以对海南西岛珊瑚礁进行较为准确的识别和变化分析, 监测结果可为海南岛沿岸西岛等小型岛礁珊瑚保护及修复提供参考。     

基于Sentinel-2A卫星数据面向对象的水边线提取——以如东县为例

使用基于面向对象的方法提取水边线, B分量作为阈值分割条件, Sentinel-2A数据作为提取水边线的影像,通过多尺度分割与光谱差异分割组合的方式。对如东沿海的淤泥质海岸、交通围堤海岸和养殖围堤海岸3种不同类型的海岸水边线进行提取。通过提取的水边线与影像叠加,并对受潮汐影响较小的水边线做精度验证。总体来说,提取的水边线较为准确。水边线的快速准确提取,对监测海岸带动态变化具有重要意义。     

基于Sentinel-2影像的东寨港国家级自然保护区景观格局变化及其驱动力研究

文章以东寨港国家级自然保护区及1 km外围地带为研究区域,选取2017—2021年的Sentinel-2遥感影像数据,采用人机交互方式解译景观类型,计算景观格局指数,进而对比分析5年期间保护区内外的景观格局变化情况及其主要驱动力。结果表明：（1）在保护区内,红树林湿地面积呈现上升趋势,林地面积有所减少,养殖水面面积显著减少;保护区景观连通性较好、碎度较低,其中红树林为优势景观。（2）在外围地带,红树林湿地面积有所增加,林地面积有所减少,养殖水面和建筑面积均减少,但耕地面积有所增加;与保护区相比,景观破碎化程度较高、连接度与整体性较差。（3）红树林生态保护修复活动是保护区景观格局发生显著变化的主要驱动力,而养殖、建筑等人类活动是改变外围地带景观格局的主要因素。研究结果对于优化保护区的保护管理和加强外围地带的人类活动管控具有参考价值。     

基于微波多载荷优势互补的海面风场联合反演方法研究

海面风场的遥感探测主要通过合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）和微波散射计等微波遥感器进行,近年来波谱仪也可用来探测风场信息。各遥感器独立工作,具有不同的入射角、覆盖范围和分辨率,在风场探测方面各有其优势和局限性。本文基于各类微波遥感器独特的观测方式,根据各自的时空匹配规则,相互借助实现3种载荷的两两联合,波谱仪和散射计分别与SAR联合为其提供风向并得到SAR的风速结果,与ERA5的均方根误差分别为1.972 7 m/s和1.986 0 m/s,散射计与波谱仪相互联合为波谱仪去除风向模糊,去模糊的风向结果为26.758 9°,都符合目前风场反演公认的标准,风速和风向的均方根误差小于2 m/s和30°。本文解决了现阶段单模式观测风场的缺陷,为我国未来发射SAR、散射计、波谱仪多载荷卫星的风场反演提供互补信息的支持,为实现多载荷区域大范围高精度风场研究做准备。     

基于多源遥感数据的淇澳岛红树林范围提取研究

本文使用Landsat-8影像、Sentinel-2影像、高分6号影像和ASTER GDEM数据等多源遥感数据,采用随机森林监督分类方法提取珠海淇澳岛红树林分布范围,对比不同影像数据提取红树林的精度及适用性。实验结果表明：使用三类遥感影像分别进行红树林范围提取,Sentinel-2影像提取红树林范围总体精度最高;在三类遥感影像中分别增加DEM数据、波段指数和纹理信息后,红树林范围提取精度可进一步提升;增加DEM数据后,精度提升最明显,高分6号影像增加纹理信息后,精度也有较大提升。通过对比可知,Sentinel-2影像拥有较多的光谱波段及适中的空间分辨率,是最合适的红树林范围提取数据源,而ASTER GDEM数据便于区分红树林和陆生植被,是比较好的辅助数据。通过对多源遥感影像及辅助数据提取红树林范围进行对比分析,为红树林遥感提取数据源选取及红树林提取精度提升提供了参考和借鉴。     

基于哨兵一号和高分三号卫星SAR数据的马六甲海峡内孤立波特性研究

漫长狭窄的马六甲海峡是重要的航道,研究该海峡内孤立波特征对潜艇、船只航行和海洋工程都是急需解决的问题。利用高空间分辨率的哨兵1号（Sentinel-1）和高分三号（GF-3）SAR遥感数据,对马六甲海峡的内孤立波特征开展了详细研究。利用哨兵一号2015年6月到2016年12月20景有内孤立波的SAR图像和高分三号2018年4月到2019年3月24景有内孤立波的SAR图像,统计分析了马六甲海峡海域的内孤立波空间分布特征。发现内孤立波多以内孤立波包以及单根内孤立波形式出现,内孤立波头波的波峰线最长可达39km。采用高阶非线性薛定谔方程反演模型可以计算出内孤立波的振幅与群速度,计算得到的内孤立波振幅和波包的传播群速度分别为4.7m ~ 23.9m和0.12m/s ~ 0.40m/s。由KdV方程得到的单根内孤立波的相速度为0.26m/s ~ 0.60m/s。可以得到,马六甲海峡内孤立波的振幅与传播速度与地形密切相关。     

南海北部陆架区内孤立波向岸传播过程研究

南海北部是全球海洋中内孤立波最强和最为活跃的海域。然而,内孤立波在传入陆架区后,其形态发生显著变化,其传播演变过程表现出高度的复杂性。本研究综合卫星图像和数值模式手段研究了内孤立波在向岸传播过程中的空间变化特征。可见光卫星图像研究结果显示,南海北部陆架区存在三种形态的内孤立波,分别为第一模态下凹型内孤立波、第一模态上凸型内孤立波和第二模态内孤立波。受水深和层结变化的控制,它们的分布区域显著不同。基于MITgcm的数值模拟研究表明,上凸型内孤立波由第一模态下凹内孤立波经过极性转换过程发展而来,而第二模态内孤立波由第一模态下凹内孤立波与急剧变浅地形相互作用而产生。     

利用FY-4A气象卫星观测海洋内波

随着遥感技术的迅猛发展,可用于观测海洋内波的数据源越来越丰富.本文基于静止轨道气象卫星连续观测的优势,开展了FY-4A气象卫星海洋内波观测研究.首先计算得到了FY-4A遥感影像耀斑区位置,并基于遥感影像对结果进行了验证;然后,以此为依据选择了适用于内波观测的FY-4A数据,对比了FY-4A与MODIS遥感影像成像的差异...     

Sentinel-1与Sentinel-2影像联合的黄河三角洲湿地信息提取

针对目前湿地信息提取中存在的“同物异谱”、“同谱异物”问题,以黄河三角洲自然保护区为实验区,采用在信息提取方面具有优势的典型相关森林算法,将Sentinel-1A雷达影像和Sentinel-2A多光谱影像作为基础数据,考察分别应用多光谱影像、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和多光谱二者综合、SAR纹理特征以及植被指数对湿地信息提取的效果和适用性。研究结果表明:(1)基于Sentinel-2A多光谱影像,在分类方法上,典型相关森林(canonical correlation forest,CCF)的总体精度最高,达到94.32%,与支持向量机和随机森林分类算法相比分别提高了6.55%和5.47%;(2)基于Sentinel-2A多光谱影像和Sentinel-1A后向散射系数的CCF总体精度达到了94.89%,与只利用多光谱影像相比,3种算法的总体精度和Kappa系数均得到了提升;(3)在SAR和光学联合的基础上加入SAR纹理特征后总体精度和Kappa系数均略有下降,分别为94.72%和0.935 3;(4)在SAR和光学联合的基础上加入归一化差分植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)、归一化差分红外指数(NDII)和差分红外指数(DII)5种植被指数后,总体精度达到了最高为95.35%,7种地物的生产者精度有所提高,有效提高了对黄河三角洲湿地信息的提取能力。实验结果可为黄河三角洲湿地的合理开发和有效保护提供科学支持。     

椭圆余弦内波及其对墩柱作用数值模拟

基于FLUENT软件建立数值波浪水槽,研究椭圆余弦内波及其对墩柱的作用。椭圆余弦内波的生成采用推板造波方法,自由面捕获采用VOF方法。首先,模拟了椭圆余弦内波的生成,比较了不同周期和波高下椭圆余弦内波的波浪形态。然后,在特定的周期和波高条件下模拟了三维椭圆余弦内波对单个墩柱及多个敦柱的作用;分析了各墩柱上受到的惯性力和粘性力的变化趋势,并对不同墩柱下的总波浪力进行了对比;得出了墩柱上受到的波浪力也呈现周期性变化并且在波浪前进方向上后墩柱的受力小于靠前墩柱的结论。     

A study of SAR remote sensing of internal solitary waves in the north of the South China Sea: Ⅱ. Simulation of SAR signatures of internal solitary waves

A new model developed from the full-spectrum model of Lyzenga and Bennett （ 1988 ） is built up by us preliminarily through considering the impact of the ocean surface mixed layer turbulence on SAR remote sensing of internal solitary waves. In the partial differential equation of the action spectral density of the surface gravity-capillary waves the source function representing the contribution of the turbulence is added besides the usual source function representing the contribution of the wind. The source function is determined by applying the κ - ε model and adopting the Nasmyth spectrum of oceanic turbulence （ Nasmyth, 1970; Oakey, 1982; Fan, 2002） on the basis of the previous simulation results of internal tide transformation obtained in the companion paper （Fan et al. ,2008）. Either under relatively high wind speed, or under low wind speed, our model predicts significant large modulations of radar backscatter at all three bands （ L, C and X bands） for both VV and HH polarization. These results prove that considering the impact of ocean surface mixed layer turbulence on SAR remote sensing of internal solitary waves is reasonable and appropriate for settlement of the well-known problem of contemporary radar imaging models.     

南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究

通过对2006年南海西北部海域近3个月的全水深流速观测资料的分析,研究了该海区正压潮、内潮及近惯性内波的时空分布特征。结果表明,全日内潮明显强于半日内潮,且最大潮流均出现在海洋上层;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直;内潮能量显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期;全日内潮的coherent部分占全日内潮能量的70%,而半日内潮的coherent部分占半日内潮能量的53%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第三模态能量占总能量的比例仅次于第一模态且量值上与之相当;强风过程可激发出强的近惯性运动,暖涡使得近惯性内波能量更有效地向海洋深层传播,冷涡则不利于近惯性内波能量向下传播。     

Oceanic pycnocline depth retrieval from SAR imagery in the existence of solitary internal waves

Oceanic pycnocline depth is usually inferred from in situ measurements. It is attempted to estimate the depth remotely. As solitary internal waves occur on oceanic pycnocline and propagate along it, it is possible to retrieve the depth indirectly in virtue of the solitary internal waves. A numerical model is presented for retrieving the pycnocline depth from synthetic aperture radar （SAR） images where the solitary internal waves are visible and when ocean waters are fully stratified. This numerical model is constructed by combining the solitary internal wave model and a two-layer ocean model. It is also assumed that the observed groups of solitary internal wave packets on the SAR imagery are generated by local semidiurnal tides. A case study in the East China Sea shows a good agreement with in situ CTD （conductivity-temperature-depth） data.     

Mooring observations of internal solitary waves in the deep basin west of Luzon Strait

A total of 137 internal solitary waves （ISWs） are captured during a field experiment conducted in the deep basin west of the Luzon Strait （LS） from March to August, 2010. Mooring observations reveal that a fully developed ISW owns a maximum westward velocity of more than 1.8 m/s and an amplitude of about 200 m. The ISWs in the South China Sea （SCS） are most active in July, which may be due to the strong stratification in summer. Most of the ISW episodes are detected around and after the 1st or 15th lunar day, indicating that the ISW in the SCS is triggered by astronomic tides. Half part of the observed ISWs were detected around 19：00 local time, which can be explained by the fact that type-a ISWs emerged in the evening at roughly the same time each day. The propagation direction of the ISWs and the astronomic tides in the LS show that the area south of the Batan Island is probably the main source region of the type-a ISWs, while the area south of Itbayat Island and south of the Batan Island is likely the main source region of the type-b ISWs observed at the mooring. Moreover, for the resonance of semidiurnal internal tides emitting from the double ridges in the LS, the underwater ridge south of the Itbayat Island and south of the Batan Island is believed to favor the generation of the energetic ISWs.