基于数值模拟与卫星遥感的填海施工悬浮物监测——以大连海上人工岛机场建设为背景

本文以大连海上人工岛机场建设为背景,采用计算机数值模拟与遥感技术监测填海施工引起的悬浮物扩散状况。根据工程海域的潮流特点,构建了水动力及悬浮物扩散模型,模拟了涨落潮状态下填海施工产生的悬浮物扩散情况;通过采集现场悬浮物浓度,利用我国环境灾害监测预报小卫星(HJ-1A/1B)的遥感数据进行回归分析,建立了悬浮物反演模型,得到施工海域悬浮物分布的反演结果。对比遥感反演与数值模拟结果,显示两者基本吻合,表明本文方法能够揭示填海施工造成的大范围悬浮物的扩散规律,对于制定填海施工的环境保护措施、评价海洋环境影响具有借鉴意义。     

杭州湾三维悬浮泥沙输运模型初始场的伴随法反演研究

在悬沙输运的数值模拟中,初始场的准确给定至关重要。目前诸多确定初始场的方案均存在一定的缺陷,初始场的准确性有待进一步提高。本文基于一个三维悬沙输运伴随同化模型,通过孪生实验和实际实验,对模型初始场进行了伴随法反演研究。在孪生实验中,首先验证了初始场的相对重要性;其次,探讨了初始场的反演结果对优化算法、初始猜测值、卫星遥感数据数量、同化时间窗口宽度和背景流场误差的敏感性;最后,比较了伴随法和插值法重构初始场的能力。孪生实验结果表明:最速下降法对初始场的优化反演效果要优于三种共轭梯度法和有限记忆BFGS法;初始场的反演效果对初始猜测值、卫星遥感数据数量和背景流场误差不敏感,而对同化窗口宽度较为敏感;与插值法相比,伴随法是重构模型初始场更有效的手段。实际实验中,在杭州湾海域同化典型的小潮时期和大潮时期的GOCI卫星遥感资料所得表层悬沙浓度数据,优化反演了初始场。实际实验结果表明:数据同化后,得到了更符合实际的最优初始场,表明伴随法是实现初始场优化反演的有效手段。该研究对进一步改进悬沙输运模型的初始化方案具有一定的参考价值,也对其他数值模型的初始化方案具有一定的借鉴价值。     

中国东部海域浮游植物类群遥感反演研究

浮游植物类群遥感反演能够为全面认识浮游植物在海洋生态系统中的作用提供重要的数据资料.但由于复杂的水体光学特性,近海浮游植物类群遥感反演存在着巨大挑战.本研究以复杂光学二类水体—中国东部海域为研究区,通过使用3种建模方法,即波段组合法、基于奇异值分解的多元线性回归法、基于奇异值分解的XGBoost回归法,利用遥感反射率数...     

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。     

上海示范区卫星遥感海洋环境监测系统

上海示范区卫星遥感海洋环境监测系统是一套以地面卫星接收系统为基础、应用于上海示范区的海洋遥感环境监测应用系统。在发展相关遥感信息提取技术及资料同化技术的基础上，建立了完善可靠、可业务化运转的反演方法以及数值模式，提供海洋环境基本要素场的信息产品。该系统基于Windows95／98／NT平台，使用第四代软件开发语言IDL结合FORTRAN、C 开发，使用NetCDF数据存储格式。模式先进、功能强大、使用灵活、操作方便、系统稳定，是一个优秀的业务化海洋环境要素应用软件。     

多光谱遥感水深反演及其水下碍航物探测技术

针对采用传统海洋测量手段难以获取危险及争议海区的水深和水下碍航物信息,提出了基于卫星遥感进行水深反演和水下碍航物探测的新思路。探讨了多光谱遥感水深反演的数据预处理方法、遥感水深反演模型的构建及水下碍航物遥感探测方法,并开展了相应的实验验证。实验表明,采用卫星遥感手段可以快速地获取测量船只不易到达海区的水深和水下碍航物信息,研究成果对海洋测绘技术的发展具有一定的指导意义和应用价值。     

基于演化算符的南海海面高度异常中长期统计预报

水下移动平台行动时需要1～3个月左右海洋数值预测预报结果,但是当前数值预报技术受对应的气象驱动场预报时效的限制,难以提供10 d以上的数值预报产品。鉴于海水在动力热力上具有较大的惯性,海洋内区有其自身的演化规律,本研究设计了一种基于演化算符的统计预测方法,利用历史卫星遥感资料构建海洋状态变量中长期演化矩阵,并结合惯性预报模型,构建了最终的南海海洋中长期统计预报模型,能够提供1～60 d逐日的南海海面高度异常预测结果,开展数值试验验证了该方法的有效性,结果表明,在起报后15 d内,预报结果与卫星资料的相关系数均大于0.8,在起报60 d内,相关系数仍高于0.6。     

Modeling of oil spreading in a problem of radar multiangle diagnostics of Sea surface pollutions

The possibilities of a multiangle method of radar diagnostics to determine thickness of an oil film on a sea surface by comparing the radar data with the quantitative modeling results obtained using the model of oil spreading dynamics are analyzed. The experimental results of the remote sensing of the Caspian Sea water area near the Neftyanye Kamni oil field by the Envisat-1 synthetic aperture radar (SAR) and the new Floating Objects Tracking System (FOTS) model of oil spreading are used for the analysis. The model allows to calculate the dynamics and change in the mass and size of an oil slick basing only on the available data of satellite measurements and atmospheric reanalysis.The model takes into account the main processes that influence the slick formation (gravity spreading, advective transport, dispersion, emulsification, turbulent mixing, and evaporation). This model is used to calculate the thickness evolution and dynamics of the displacement of oil slicks in the period between two consecutive radar images of this region (0.5–4 days) and to estimate the volumes of oil spilled in the field. The good consistence of the height of the oil film calculated using radar measurements and the modeling results confirms the method’s reliability.     

渤海中南部悬浮物海洋调查资料分析

对于悬浮物 (SPM)的研究目前已引起诸多学者关注。作者利用 1998和 1999年的中德合作海洋调查所获得的资料进行分析。主要进行三个方面的工作 :研究悬浮物与透明度的关系 ;研究悬浮物与浊度的关系 ;估计海底剪切速度。并为研究悬浮物输运提供资料和作前期研究     

Distribution of suspended particulate matter determined by in-situ observations and satellite images in the NW Aegean Sea (Greece)

Suspended particulate matter (SPM) patterns in the surface waters of the NW Aegean Sea were studied by (1) determining SPM concentration by water filtration, (2) measuring light transmission, and (3) evaluating satellite images. The SPM signals of the three major rivers discharging into the study area were recorded by all three methods, thereby providing information about the sources, transport pathways, and regional dispersion patterns of the SPM. The filtration of water samples and light transmission measurements were found to be good indicators of SPM concentrations in surface waters. Most of the SPM is composed of terrigenous minerals, thus explaining the correlation between the beam attenuation coefficient and the SPM concentration. A Landsat image obtained for the study period was found to adequately reveal regions with high SPM concentrations. Low concentrations, on the other hand, remain obscured. Received: 3 August 1999 / Revision accepted: 15 March 2000     

珠江口赤潮生成的天气分型研究

赤潮的爆发是生物、化学、物理等多因素综合作用的结果。温度、风力、风向、气压等气象条件,海况、潮汐、海流及海水的理化特征,如海水温度、盐度、营养盐、微量元素等都是赤潮爆发的重要因子或诱导因素。当前由于海洋生态领域的数值预报仍不成熟,国内的赤潮预测主要还是依靠经验和统计方法为主,如气象条件预报法、水文条件预报法、化学条件预报法、生物条件预报法、卫星遥感预报法或是综合预报法等。本文根据2001年～2005年《沿海海洋赤潮专报》中广东省阳江到汕尾沿海(112°～116°E)即珠江口地区发生赤潮的记录,使用NCEP再分析数据,从气象条件诱发赤潮的角度分析得出最易引发珠江口赤潮的5种天气形势,并用相关性分析方法得出其中两种天气形势的典型场,对预测珠江口沿海的赤潮发生具有一定的指导意义,可在实践中加以应用。     

黄海水温垂直剖面的遥感反演与数值预报模型

基于黄海水温垂直剖面分层结构统计分析,建立了一个卫星遥感SST反演水温垂直剖面的参数化模式,以该模式反演数据作为一维数值预报模式的初值,同时用大气预报场资料作为预报模式的过程资料,发展了一个以卫星遥感资料作为主要输入量的黄海水温垂直剖面的数值预报模型.模型实现了利用卫星遥感资料反演预报黄海水温垂直剖面的目的,5 d时效的预报效果明显优于已往强温跃层数值预报模式.     

渤海悬浮颗粒物的三维输运模式 I.模式

为了长时间,大范围研究渤海中悬浮物的输运规律,研究应用并改造了备国汉堡大学的粒子追踪悬浮物输运的三维模式,模式中考虑了风、气压等气象要素以外海传入的潮波作用下的三维正压海流对悬浮颗粒物的输运．同时考虑了悬浮颗粒物的学降及再悬浮机制和底质中的细颗粒物的运动,将风浪的作用引入了悬浮物输运的计算,数值模式应用的粒五追踪方法,能较好地反映悬浮物浓度的迅速变化。     

海水透明度遥感数据检验评估研究

海水透明度是潜艇潜没深度和水雷布设的主要参数,获取海水透明度的方法有传统船舶观测和卫星遥感反演监测.通过海水透明度传统船舶实测资料与卫星遥感监测资料的对比分析,检验评估了海水透明度遥感反演产品的精度,建立了两者的线性关系,校正了海水透明度遥感反演产品的精度.     

Remote sensing of surf zone waves using stereo imaging

The measurement of water wave characteristics, such as wavelength and wave height, in the surf zone is important for monitoring, prediction of erosion, and numerical model calibration. Traditional methods of measuring wave heights have either been limited to a small number of points or have required contact with the water. An experimental study of the remote sensing of water wave elevations, through the application of stereo photogrammetry, is presented. This method uses two spatially offset cameras, with overlapping fields of view, to determine water surface elevation. This remote sensing approach provides data with excellent spatial coverage and spatial and temporal resolution. Additionally, the hardware needs are minimal and the system is quickly deployed, calibrated, and operational.     

Distribution of suspended particulate matter in the northern Bohai Bay in summer and its relation with thermocline

Field observations of suspended particulate matter (SPM) in the Bohai Bay, China have not been widely reported. The aim of this paper is to describe the horizontal and vertical distribution of mass and volume concentrations of SPM, respectively, based on observed data at 312 stations in the northern Bohai Bay during summer of 2006. A numerical model ECOMSED coupled with a sediment transport module was also established to further discuss the mechanism of the thermocline effect on the vertical distribution of SPM. The mass concentrations of SPM exhibited high inshore values and low offshore values in the horizontal distribution; while in the vertical direction, characteristics of the volume concentration of SPM can be divided into two types: one with a sharp peak at depth of 10–15 m and another without. The peak value at the depth of the thermocline was resulted from concentrated phytoplankton. A numerical experiment further displayed that the thermocline can also prevent particles from being resuspended upward.     

欧美国家海洋空间规划研究进展

在人类活动向海洋不断扩张和海洋环境面临严重生态危机的现实背景下,欧美等海洋发达国家逐步形成了以生态系 统为基础的海洋空间规划理念。自2006 年联合国教科文组织召开第一届海洋空间规划国际研讨会以来,国外海洋空间规划 比较重视建立系统的空间规划理论与方法体系。一方面,注重构建海洋空间规划的理论基础,包括多类型的空间范畴,多目 标的规划管理,基于生态系统的管理,跨部门的综合管理等;另一方面,注重建立海洋空间规划的实施框架和方法,包括逐 步走向生态系统管理的技术框架,相关利益者的识别,海洋环境影响评价和生态价值评估等;此外,欧美等海洋发达国家从 用海现状、环境影响、海洋生态价值功能等进行区域实践论证,产生了许多对我国有借鉴意义的区域实践经验。     

海上蒸发波导的预测方法综述

综述了海上蒸发波导的预测方法,根据预测方法的原理及实现方法不同,将已有的蒸发波导预测方法归纳为基于气象水文要素数据的预报方法、基于气象卫星数据的反演计算方法、基于雷达数据的反演计算方法和中尺度模式同化方法等四大类。对每个类中的主要方法的基本原理及优缺点进行了具体分析和总结,最后给出了蒸发波导预测方法中存在的问题及研究进展情况,对未来研究方向及趋势进行了预计。     

黄河三角洲北部近岸悬浮物季节性分布及驱动因素

近岸海域悬浮颗粒物的分布与扩散对水体生态环境、海岸地貌演变、水产养殖以及海岸工程等有重要影响。由于刁口河流路的改道,黄河三角洲北部成为强烈侵蚀岸段,揭示该区域的悬浮物浓度变化特征和规律是防护工程安全维护的基础。利用经良好检验的模型反演近岸海域悬浮物浓度,Landsat-8和Sentinel-2卫星影像反演结果的交叉验证表明,基于两种传感器反演的悬浮物浓度具有较强的一致性,两种卫星数据可以结合使用。研究区近岸海域悬浮物浓度季节变化明显,冬季和春季悬浮物浓度较高,夏季较低,秋季是悬浮物浓度从低向高转换的季节。冬、春季该区域风浪较大,在波浪掀沙和潮流输沙的联合作用下,底床泥沙强烈再悬浮,是形成悬浮物的主要来源,丁坝群的修建也在一定程度上改变了悬浮物的时空分布。