用Geosat高度计数据观测黑潮流系的低频变化Ⅰ.海面高度异常及与验潮站实测数据的比较

对Geosat高度计ERM T2-GDRs共2.3a的海面高度数据进行了处理,研究区域为西北太平洋10°～45°N、120°～160°E,包括整个黑潮流系,时间段为1986年11月至1989年3月。经过数据筛选、地球物理、环境因子校正及轨道误差较正后,用客观分析方法得到时空均匀的50个时间序列的海面高度异常场。Geosat高度计的海面高度异常与验潮站实测水位高度符合较好,这证明处理结果是可信的。海面高度异常值均方场表示黑潮变异的能量分布,它与黑潮的弯曲及地形有关。     

用Geosat高度计数据观测黑潮流系的低频变化Ⅱ.季节及年际变化分析

本文利用由Geosat卫星高度计ERMT2-GDRs共2.3a数据得到的海面高度异常时间序列对黑潮流系的变化作进一步分析。季节平均的海面高度异常表明,黑潮延伸体与黑潮大弯曲之间有相互关联的变化关系。黑潮两侧相对水位差可以表示流量的相对变化特征,对7个断面相对流量分析得出黑潮延伸体及日本以南黑潮流量有较强的季节变化特征,吐噶喇海峡以东与台湾省东北黑潮流量年际变化具有相同相位,黑潮出现大弯曲时流量减少,而东海断面流量在大弯曲出现时增强,菲律宾以东黑潮流量在ENSO期间减弱,ENSO消失后增强,对50个时间序列的海面高度异常场进行了EOF分析,得到前三个EOF分量分别占总方差的25.3%、17.1%和13.7%,分别代表黑潮弯曲模态、ENSO模态及季节变化模态。季节变化特征在秋冬之交出现正异常最大,春夏之交出现负异常最大,这种变化规律与东亚季风有关。     

用Geosat高度计数据提取东海大地水准面

大地水准面是地球重力势等势面,它反映了地球形状及海面重力场异常特征,对大地测量学及海底探矿意义重大.本文利用Geosat高度计50个ERM周期共2.3a的数据,对包括东海区域的20°～40°N,120°～140°E海域进行了大地水准面反演计算.本文采用时间平均处理法有效地抑制了高度计数据中含有的由海洋时变因素引起的高度偏差,并用两种计算模型得到了东海大地水准面.计算出的大地水准面可反映出某些小区域海底特征,但与大尺度海底地形相关较差,这主要是由地壳均衡补偿作用引起的.对计算误差分析得出,采用模型-1和模型-2得出的大地水准面中残留的轨道误差分别为10.8和5.6cm,与OSU91A大地水准面模型偏差分别为37.6和42.2cm,时间平均处理使海洋时变因素引起的海面高度偏差降低了7倍.     

基于多星融合高度计数据的太平洋海域海平面变化特征分析

利用1993年1月—2012年12月共20 a的多星融合高度计数据,对太平洋海域海平面变化的空间分布、长期趋势等特征进行了分析。结果表明:(1)太平洋海域海平面总体呈西升东降的形态;(2)太平洋海域平均海平面的上升速率为0.284 28 cm/a,谱分析的结果表明其变化以1 a周期信号为主,且各部分海域平均海平面上升速率的分析结果也呈现西部大于东部的特征;(3)EOF分析表明第一模态为年代际模态,且可以解释原场的大部分,第二、第三模态为年际模态。     

基于20a卫星高度计数据的黑潮变异特征

黑潮作为一支典型的西边界流,其路径变化特征及其相关的物理现象对于渔业和航海有着不可忽视的影响。本文基于改进的特征线方法,利用1992~2012年的高度计绝对动力地形数据提取了整个黑潮流区逐月的黑潮主轴和边界位置,并对沿轴速度、主流宽度、表层水体输运以及路径标准差等黑潮特征量进行了分析研究。结果表明,黑潮整体的沿轴速度在夏秋季较大,最大值可达0.95 m/s,而在冬季的速度较小;黑潮主流宽度在10、11月份达到最大值;黑潮表层水体输运在夏季最大,春秋两季次之,冬季最小。沿黑潮流路分区域对黑潮特征进行分析,结果表明,越往黑潮下游,其沿轴速度、主流宽度和表层水体输运越大,同时沿轴速度和表层水体输运量最大值出现的时间也越晚,黑潮主轴位置相对于其多年平均的偏离程度越大,且随时间波动也越强烈。     

基于20年卫星高度计数据的黑潮变异特征分析

本文基于改进的特征线方法,利用1992~2012年间的高度计绝对动力地形数据提取了整个黑潮流区逐月的黑潮主轴和边界位置,并对黑潮沿轴速度、主流宽度、表层水体输运以及路径标准差等黑潮特征量进行了分析研究。结果表明黑潮整体的沿轴速度在夏秋季较大,最大值可达0.95m/s,而在冬季的速度较小;黑潮主流宽度在10、11月份达到最大值;黑潮表层水体输运在夏季最大,春秋两季次之,冬季最小。沿黑潮流路分区域对黑潮特征进行分析,结果表明,越往黑潮下游,黑潮的沿轴速度、主流宽度和表层水体输运越大,同时沿轴速度和表层水体输运量最大值出现的时间也越晚,黑潮主轴位置相对于其多年平均的偏离程度越大,且随时间波动也越强烈。     

基于AVISO卫星高度计资料的黑潮表层流轴时空变化特征分析

黑潮是著名的太平洋西边界流,是东中国海环流系统的主动脉。我国东海和黄、渤海的水文状况,基本上受黑潮及其分支所制约,因此,对黑潮的研究受到国内外学者的广泛关注。针对 AVISO 高度计地转流资料,采用改进的特征线法和最大梯度法,实现对黑潮表层流轴的自动化探测。利用经验模分解方法对黑潮流轴的离岸距离序列进行了分解,并利用自组织映射方法对黑潮流轴进行了分类。结果表明,黑潮流轴在本州岛南部和九州岛南部海域摆动幅度较大,在四国岛南部海域摆动幅度较小。在九州岛南部海域,黑潮流轴在所研究时间段内有超过一半时间呈近岸平直特征,而“大弯曲”状态占比约 35%。     

黑潮流轴在吕宋海峡的变化分析

黑潮在流经吕宋海峡时呈现各种时间尺度的流态变化。本文基于高分辨率的区域海洋环流模式(ROMS)输出数据,分析了黑潮主流轴在吕宋海峡附近的变化特征和可能原因。研究结果表明,黑潮流轴在该区域具有明显的年际、季节和季节内变化,其中季节内变化最为强烈;在年际和季节时间尺度上,黑潮流轴在表层主要受局地风驱动的艾克曼漂流的影响,而在次表层则主要由黑潮本身的惯性决定;在季节内时间尺度上,黑潮流轴的变化主要受制于涡旋与黑潮的相互作用。     

用GEOSAT卫星高度计资料估计热带西太平洋赤道纬向地转流

卫星高度计资料在海洋动力学中的应用主要是进行涨平面及海流变化的研究。在物理海洋学中，海流速度的测定是非常重要的，所以用高度资料推算地转流有重要意义。本文用２年多的ＧＥＯＳＡＴ卫星高度计资料，根据地转平衡方程，计算了赤道１６５°Ｅ的纬向地转流速度，并且将推算值与实测资料进行了比较，其相关系数为０．８５，达到了令人满意的。实践证明只要对高度计资料的质量控制、误差订正等处理方法得当，滤波方法及尺度选择合     

基于卫星高度计和漂流浮标数据间数学校验关系的黑潮流轴和流路主成分估计

由于卫星高度计数据分辨率高、观测范围广的特点,我们使用该数据开展了黑潮流的研究。在之前的研究中,卫星绝对地转流都被用于对黑潮流域的表层流场的时空变化特征进行研究,并采用了一些探测方法提取了黑潮流轴和流路。然而,海面绝对地转流是由绝对动力地形估计得到,应该被当做实际流场的地转分量,在实际应用中并不能代表真实流场。在本研究中,建立了气候态绝对地转流与网格平均的漂流浮标流场间的数学校验关系,以此对卫星绝对地转流场进行修正,即便这两种数据的性质存在些许偏差。因此,基于主成分探测法,修正后的卫星绝对地转流被用于探测黑潮流轴和流路。对比结果表明,由修正后的卫星地转流场探测得到的黑潮流轴和流路均要好于地转流和表层流估计结果。修正后的地转流有助于开展更加准确的黑潮流轴和流路的逐日探测。     

基于卫星高度计数据的全球海洋潮汐特征分析

本文基于长度为18.61年(1992-10-03～2011-04-29)的TOPEX/Poseidon,Jason-1及Jason-2卫星高度计沿轨数据,选择全球海域48943个计算点进行调和分析,提取了四大分潮(M2,S2,K1,O1)的潮汐调和常数.与分布在不同水深下的162个验潮站分析结果对比,四大分潮的矢量均方...     

孟加拉湾上层地转环流周年变化的遥感研究

应用1993～2003年TOPEX/Poseidon卫星测高数据结合历史水文资料,反演了孟加拉湾海面动力地形的平均周年变化,探讨了孟加拉湾上层环流季节特征和演变规律.结果显示,虽然孟加拉湾的大气环流受季风支配年周期波动显著,但表层环流形态的周年演变却呈3个不同的阶段.1～4月间(东北季风后期)湾内受一个海盆尺度的强大反气旋式环流的支配,湾口为西向流;5月西南季风骤起,印度季风漂流越过印度半岛南端出现在湾口,湾内反气旋环流弱化,在其南北两侧各出现一气旋式涡,构成5～9月间南北相间的三涡结构;10月东北季风再起,湾口漂流再次转向,10～12月间湾内则为海盆尺度的弱气旋式环流.受上述环流格局影响,位于西边界的印度沿岸流亦呈相应的3个阶段变化.分析表明,孟加拉湾风应力旋度的变化是造成湾内环流3个阶段演变的主要原因.本地风场和来自赤道海域的外强迫的共同驱动形成了孟加拉湾环流周年演变的独特规律.     

热带气旋过境期间黑潮流轴变化的初步分析

利用卫星高度计资料分析了热带气旋"艾碧"(Abe,9315)、"贝姬"(Becky,9316)、"莫拉克"(Morakot,0309)和"茉莉"(Melor,0319)对吕宋海峡及其附近海域黑潮流轴的影响。研究表明:1)吕宋海峡附近海域黑潮流轴容易受到热带气旋的影响而发生一定的变化。2)在热带气旋的作用下,黑潮流轴因中尺度涡的变异而变化;当吕宋海峡东侧的暖涡西移时,将使黑潮的流轴向西弯曲,有利于黑潮在该处的入侵。     

卫星高度计数据样本大小对潮汐信息提取的影响

对3颗高度计卫星TOPEX/POSEIDON(TP),Jason-1(J1),Jason-2(J2)自1992—2011年683个重复周期,共18.6年的数据进行分析,得到全球海洋潮汐调和常数,并重点分析了采用不同样本大小的卫星高度计数据对潮汐信息提取的准度和精度所带来的影响。研究结果表明,参与分析的卫星高度计数据观测样本数的增加可以降低其反演潮汐各分潮振幅时的误差。观测时间为18.6年的高度计数据调和分析所得的主要半日分潮与实测比较,其振幅差相比于利用10年数据的计算结果减小约0.5cm;但是由于忽略了卫星更替过程所带来的观测时间差来进行调和分析,将会对计算分析过程中产生的迟角误差造成影响,主要全日分潮的迟角误差增加约2°,而半日潮迟角误差的改变则比较小。本文进一步用理想化实验解释了造成这种迟角计算误差变化的原因,比较了轨道交叉点上,由卫星在升轨和降轨2个轨道上各自的观测数据计算得到的调和常数,发现随着参与分析的高度计观测样本数的增加,调和分析计算潮汐调和常数时的内符精度也会显著提高。利用18.6年数据比利用10年数据进行调和分析时,主要半日潮调和常数的精度提高了约7%。     

基于多源融合卫星高度计观测数据的南海海浪有效波高的季节变化研究

The seasonal variability of the significant wave height(SWH) in the South China Sea(SCS) is investigated using the most up-to-date gridded daily altimeter data for the period of September 2009 to August 2015. The results indicate that the SWH shows a uniform seasonal variation in the whole SCS, with its maxima occurring in December/January and minima in May. Throughout the year, the SWH in the SCS is the largest around Luzon Strait(LS) and then gradually decreases southward across the basin. The surface wind speed has a similar seasonal variation, but with different spatial distributions in most months of the year. Further analysis indicates that the observed SWH variations are dominated by swell. The wind sea height, however, is much smaller. It is the the largest in two regions southwest of Taiwan Island and southeast of Vietnam Coast during the northeasterly monsoon, while the largest in the central/southern SCS during the southwesterly monsoon. The extreme wave condition also experiences a significant seasonal variation. In most regions of the northern and central SCS, the maxima of the 99 th percentile SWH that are larger than the SWH theoretically calculated with the wind speed for the fully developed seas mainly appear in August–November, closely related to strong tropical cyclone activities.Compared with previous studies, it is also implied that the wave climate in the Pacific Ocean plays an important role in the wave climate variations in the SCS.     

北太平洋西边界流的低频变化特征

基于日本气象厅长时间序列的温、盐度再分析资料,利用动力计算方法分析了北太平洋西边界的北赤道流及其下游黑潮和棉兰老流流量的年际和年代际变化,并探讨了北赤道流变化的可能原因。结果表明,北赤道流和黑潮具有比较一致的年际和年代际变化,均在1976年前后发生了一次气候跃变,之后有长期偏强的趋势,而棉兰老流的年际和年代际变化则有所不同。特别是,北赤道流1976年之后增加的流量似乎大多进入黑潮,而流入棉兰老流的流量则减少。进一步的分析还表明,西传的Rossby波和棉兰老冷涡的变动可能对北赤道流的年际变化有重要影响。     

基于雷达高度计增益自动控制数据的风速反演算法研究

基于Jason-1卫星雷达高度计与NDBC(National Data Buoy Center)浮标的时空匹配数据集,利用BP(Back Propagation)神经网络方法建立了基于后向散射系数σ₀与有效波高(Significant Wave Height,SWH,)的双参数(σ₀-H_sw)风速反演模型,并探讨利用AGC(Automatic Gain Control)来代替σ₀对风速反演的可行性进行研究。结果表明,所建立的σ₀-SWH风速反演均方根优于0.3 m/s(风速范围为0.5~20 m/s); AGC-SWH模型反演精度偏低(1.3 m/s),但在星星交叉定标的基础上,模型精度提高了0.9 m/s。这个研究工作尤其是交叉定标基础上的AGC-SWH模型反演流程对"HY-2"海面风速反演有一定的借鉴意义。     

IGDR数据用于高度计定标先期计算的可行性

针对拟开展的Jason-3卫星高度计定标试验,分析了利用IGDR数据先期计算定标结果的可行性。介绍了基于GPS浮标的直接绝对定标方法,设计了IGDR数据用于定标计算的可行性评估方法,利用经过全球4大定标站海域的数据比较了IGDR、GDR数据计算定标结果的差异。结果表明:通过两种数据计算的定标结果之间没有明显的系统性偏差,其差异的不确定性约为1cm;相对于传统定标站GDR定标结果 3cm量级的标准差,该不确定性对于定标结果的一致性影响不大,在定标试验中可使用IGDR先期进行定标计算。     

基于卫星漂流浮标的南海表层海流观测分析

基于1989~2013年的卫星跟踪漂流浮标资料和1993~2012年的卫星高度计资料,分析了南海表层流场,给出南海各季节多年平均的实际流场和地转流场结构,对南海实际流和地转流的季节变化特征进行了初步探讨,并比较了南海各季节表层实际流场和地转流场的异同。结果表明,南海海域各季节上层环流结构与海域季风关系密切,实际流场和地转流场总体均呈现显著的季节变化特征。通过比较发现,在夏、秋、冬这3个季节,实际流场和地转流场大的环流形势特征基本相同,中小尺度的环流特征有所差别;在春季,两者则呈现出相反的环流特征,环流特征差异明显。