近海多种卫星测高联合数据处理技术

海域海况复杂多变 ,潮汐不但受外海能量输入的控制 ,而且在复杂的海岸线、浅海海底和内陆河流运输的作用下变得异常复杂。卫星测高由于受复杂的海洋动力环境和陆地反射的影响 ,数据质量普遍较深海差。将多种卫星测高数据联合处理 ,可以大大提高近海海域平均海面高的精度与分辨率 ,增强测高卫星监测近海复杂动力现象与反演近海复杂动力机制的能力。本文讨论近海多种卫星联合数据处理的技术与方法 ,分别从提取海平面稳态和时变信息的角度较系统地研究了多种卫星测高联合数据处理方法 ,通过提取不同测高卫星海平面观测数据中与时间无关的系统偏差 ,建立多种卫星测高数据的海平面时变基准 ,从而将多种测高卫星海面监测数据融合到一个动力系统中。大大提高测高卫星海平面监测的时空分辨率 ,为联合多种卫星测高数据在大地测量与近海海洋动力学研究中的应用创造基本条件。     

基于多源测高卫星的日本海域平均海面高模型建立

平均海面模型是研究海图基准及海平面化的重要参考.经过数据预处理、重复周期观测数据共线平差、非重复周期观测数据海面时变校正、多种卫星测高数据联合交叉点平差、海面高格网化等几个环节,利用1993—2012年近20年的测高数据,建立日本海域(30° ～45°N、130° ～145°E)2′ ×2′网格分辨率的平均海平面模型(...     

基于多源卫星测高数据的新一代全球平均海面高模型

高精度高分辨率平均海面高模型是研究海洋动力环境变化的重要基础。本文基于多源多代卫星测高数据,包括Geosat/GM、Geosat/ERM、ERS-1/168、ERS-2、Envisat-1、T/P和Jason-1数据,采用统一精密的模型或方法对各项地球物理改正和传播介质误差进行了改进或重新计算,然后以T/P和Jason-1两种数据的共线平差作为参考基准,通过发展的全组合交叉点整体平差方法大幅度削弱了径向轨道误差和时变海面高影响,经比较后优选了最小二乘配置格网化方法,以EGM2008高阶重力场模型由移去－恢复方法得到了全球纬度80°S～82°N范围内海域2′×2′平均海平面高模型WHU2009。与国际上较常用的CLS01平均海平面高模型及实测2年平均Jason-1比较表明WHU2009模型整体精度优于CLS01模型。     

卫星测高数据的沿轨迹重力异常反演法及其应用

本文给出了一套基于直角坐标系下的垂线偏差求解重力异常公式 ,并将之发展成为一套新的沿轨迹重力异常求解公式。与其他方法相比 ,本方法无须求解交叠点处沿轨迹和跨轨迹方向的海面高斜率 ,仅需计算沿轨迹方向的海面高斜率 ,因而更为简洁、有效 ,而且分辨率可以更高并可与真正的沿航迹实际船测重力相比较、验证。据此 ,利用 Geosat/GM、ERS-1 /35天及TOPEX/Poseidon三种测高数据 ,反演了南中国海域 (0°～ 2 5°N,1 0 5°～ 1 2 2°E)的 2′× 2′重力异常—— IGG-S。通过与实际船测资料和国际同行提供的重力模型相比 ,IGG-S总体精度达到1 0× 1 0 - 5ms- 2。     

利用卫星测高数据研究海面高月异常变化与厄尔尼诺现象的相关性

利用美国宇航局和法国空间局联合公布的T/P数据 (1994年、1996年和 1997年 )、欧洲空间局的ERS1数据 (1992～ 1993年 )和ERS2数据 (1996年、1997年 )以及美国海军的Geosat精密重复任务数据 (1987年、1988年 ) ,由共线法计算了热带太平洋及东、西赤道太平洋洋域海平面高月变化 ,进而研究了 1987年、1991～ 1992年、1994年、1997年四次厄尔尼诺现象与该地区海面高月变化的相关性。测高数据采用最新编辑标准编辑 ,同时进行了逆气压等各项物理改正 ,得出了与 1987年、1992～ 1993年、1994年、1997年厄尔尼诺现象有联系的热带太平洋及东、西赤道太平洋逐月的海面高变化异常图 ,利用正常年 1988年、1996年海平面高月变化作为基准 ,计算出相对于正常年的海平面高变化的异常值     

用T／P测高数据确定中国海域及其邻海的海面高及海面地形

描述了利用Ｔ／Ｐ卫星测高数据确定中国海域及其邻海的海面地形。处理了Ｔ／Ｐ５９～８２周（Ｃｙｃｌｅ）１９９４年第８３ｄ～３１１ｄ的数据，将５９～８２周数据分成两部分分别估计海面高，并分析了海面高变化。结果与Ｂａｓｉｃ和Ｒａｐｐ１９９２年确定的海面高作了比较。利用Ｓｈｅｐａｒｄ曲面拟合方法给出了３０′×３０′平均海面高结果，分别以ＯＳＵ９１和ＷＤＭ９４地球重力场模型作为参考重力场，计算了相应的３０′×３０′平均海面地形。     

由ERS-2和TOPEX卫星测高数据推算的海面高异常的主成分分析

利用1995~2003年间的TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星测高数据,尽量采用相同的改正模型对TOPEX和ERS-2卫星测高数据分别进行改正,然后由共线分析法分别推算了全球1°×1°的35 d的海面高异常时间序列,并采用主成分分析法分别对这两个海面高异常时间序列进行了分析。     

我国南海海面高异常时间序列分析

利用小波多分辨分析方法对1992年10月至2002年8月南海区域海面高异常时间序列进行了分析处理,提取了该区域海面高线性升高信息。结果表明,南海区域在9.86 a的时间里海面高平均升高了94.1mm;并获取了从2 a至45 d的5种波动传播的振幅和相位,分析了波动传播的概貌。     

我国大陆沿海的海面地形

利用Engelis按SEASAT卫星测高资料得到的海面地形模型和Levitus按位水准得到的海面地形模型计算了我国沿海几个验潮站与青岛验潮站之间的海面地形,并与几何水准联测得到的这几个验潮站的平均海面的高差进行了比较。用这三种方法求得的我国大陆沿海海水面倾斜的趋势大体上是一致的。此外,在全球统一系统内计算大地水准面差距时,若在计算点附近(Ψ ₀ =10°)应用我国区域性重力异常,由于大地水准面差距零阶项N ₀ 和海面地形的影响,可使N的误差达到0.4米,这对确定米级精度的大地水准面差距是有影响的。     

大港验潮站潮汐分析与国家高程基准面变化

利用1980—2011年小时潮位数据和1952—2007年月平均潮位数据,对大港验潮站处海洋潮汐以及国家高程基准面近60年的变化进行了分析和研究。首先利用傅里叶变换对两组数据进行频谱分析,获得了影响海水面变化的180个较短周期分潮以及6个长周期分潮;然后对小时潮汐数据进行最小二乘调和分析,获得影响海水面变化的主要分潮的振幅及其变化,发现Q1、O1、M2、K1、K2的振幅具有非常明显的约19年的周期变化;并利用调和分析和18.61年移动平均对国家高程基准面的变化进行了估算,分别获得基准面1952—1980年的下降速率为1.07mm/a和0.76mm/a,1980—2011年的上升速率为1.59mm/a和1.62mm/a;最后,通过18.61年移动平均对1985高程基准进行了检核,发现两者相差0.14cm。     

黄、东海海面地形在1993-2001年间的变化探讨

长期以来海面地形变化是海面变化研究领域里一个具有显著意义却相对冷寂的研究方向,卫星海面测高技术的发展为此方向的研究提供了新的思路、手段和数据。本文利用TOPEX/POSEIDON卫星的SSHA数据对黄、东海1993-2001年期间的平均海面地形的空间形态特征、变化速率的空间分布特征及年内变化特征等3个方面进行分析。研究结果表明,该海区9年平均海面地形的基本特征为:东南高、西北低,由东南向西北倾斜,最大高差超过90 CM;1993-2001年期间全海区均呈现海面上升趋势,上升速率值在5~8.6 MM/A之间,海面上升的空间分异表现为南快北慢,东快西慢。海面地形的年内变化在时间上呈正弦波动,空间上中、北部区域变化速度快,年较差大;南部区域变化速度慢,年较差小;变化空间特征复杂。     

Determination of Geoid over South China Sea and Philippine Sea from Multi-satellite Altimetry Data

A new computational procedure for derivation of marine geoid on a 2.5′×2.5′grid in a non-tidal system over the South China Sea and the Philippine Sea from multi-satellite altimeter sea surface heights is discussed. Single-and dual-satellite crossovers were performed, and components of deflections of the vertical were determined at the crossover positions using Sand-well's computational theory, and gridded onto a 2.5′×2.5′resolution grid by employing the Shepard's interpolation procedure. 2.5′×2.5′grid of EGM96-derived components of deflections of the vertical and geoid heights were then used as reference global geopotential model quantities in a remove-restore procedure to implement the Molodensky-like formula via 1D-FFT technique to predict the geoid heights over the South China Sea and the Philippine Sea from the gridded altimeter-derived components of deflec-tions of the vertical. Statistical comparisons between the altimeter-and the EGM96- derived geoid heights showed that there was a root-mean-square agreement of ±0.35 m between them in a region of less tectonically active geological structures. However, over areas of tectonically active structures such as the Philippine trench, differences of about -19.9 m were obtained.     

基于GPU的全球海平面高度异常数据渲染

提出了基于GPU的全球真实海平面高度异常数据的三维水面渲染,并分析了海平面高度异常变化与大洋环流之间的关系。首先把DEM格式的海平面高度异常数据通过图形渲染的方式生成纹理数据,将数据量进行压缩并且提高了渲染效率;然后基于自主研发的VV-Ocean海洋虚拟现实与可视化平台,将全球范围的海平面高度异常变化以虚拟现实的方式绘制到三维球面当中,生成动态海平面,直观形象地表达了全球海平面高度在1年内的变化情况;最后将全球海平面高度异常的可视化结果与大洋环流运动进行对照分析,符合洋流运动规律。