NOAA/AVHRR卫星海表温度在西北太平洋的印证及分析

本文详细分析了TeraScan系统反演NOAA/AVHRR卫星海表温度的过程,解决了反演过程中的海陆匹配问题和云检测过程中的误检、漏检问题,处理得到2002年(5°～45°N)、(105°～150°E)区域内的卫星海表温度数据.利用东北亚地区海洋观测系统NEAR-GOOS提供的现场海表温度数据做比较,印证NOAA/AVHRR海表温度在西北太平洋海域的精度,并分析其误差产生的来源.     

西北太平洋多源微波辐射计海表温度数据交叉比对分析

海表温度产品是研究全球海洋大气系统的重要数据源,在海洋相关领域的研究和应用方面具有重要价值。以西北太平洋海域为研究区域,本文对2013年和2014年3个微波辐射计海表温度产品(AMSR-2,TMI和WindSat)的产品特性和Argo浮标进行了真实性检验,并对3个传感器数据进行了交叉比对分析,具体涉及海表温度分布、温度梯度分布、观测点分布、匹配点分布、平均偏差分布、均方根误差分布、统计分析结果的逐月演变和海表温度误差棒分析。结果表明,3个微波辐射计在空间尺度上都能比较一致地反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。但遥感数据与浮标数据却存在季节性变化和昼夜差异,其中冬季微波数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小,降轨数据与浮标数据的结果更接近。AMSR-2的海表温度数据质量比TMI和WindSat的海表温度数据更接近Argo数据。相比于WindSat和TMI,AMSR-2和TMI的海表温度数据质量更为接近,但是由于受到近岸陆地信号干扰,AMSR-2和TMI离岸100 km以内海域的数据应当慎用。     

西北太平洋海表温度融合产品交叉比对分析

海表温度产品是研究全球海洋大气系统的重要数据源,在海洋相关领域的研究和应用方面具有重要价值。以西北太平洋海域为研究区域,本文对2007-2014年的3个海表温度融合数据（AVHRR OISST,MISST和OSTIA）的产品特性与Argo浮标进行了真实性检验,并对融合产品进行了交叉比对分析。结果表明,3个融合产品在空间尺度上均能反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。融合数据与Argo浮标的平均偏差在±0.1℃之间,均方根误差小于0.9℃。融合数据与浮标数据存在明显的季节性变化,其中冬季融合数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小。在高纬海域,融合产品和浮标存在正偏差。与另两个融合产品相比,OSTIA的数据质量与Argo浮标最为接近。3个融合产品在近岸和高纬海域差异较大,三者对海冰的标识和处理方式不同对融合结果也有影响。在2012年6月之前MISST和OSTIA的海表温度数据质量更为接近,但在此之后MISST存在系统误差。红外数据、微波数据和实测数据作为输入数据,是制作高时空分辨率高精度海表温度融合产品必不可少的要素。     

利用太平洋海表温度作西北太平洋热带气旋年频数预测

本文利用1950—2000年全球月平均海表温度，计算分析海表温度与西北太平洋热带气旋频数之间的相关性，确定太平洋海表温度与西北太平洋热带气旋相关性好的海域作为预测模式的相关海区。从相关海区中选取代表格点海表温度资料构造出综合预测因子。利用综合预测因子建立一元线性和一元多项式非线性预测模式。经检验，两种模式预测效果较为理想。因此，利用太平洋海表温度与西北太平洋热带气旋频数的相关性建立预测模式作西北太平洋热带气旋频数预测是可行的。同时发现，经过以上方法建立的线性模式和非线性模式预测结果相差甚微，表明西北太平洋热带气旋频数与前一年太平洋某些海区海表温度经以上方法得到的综合预测因子之间线性相关性较为明显。     

基于再分析数据的南海三维温盐结构特征分析

掌握南海三维温盐场特征对于研究南海海洋动力环境及其对海洋气候变化的影响具有重要意义。基于海洋再分析数据GLORYS12V1和AVHRR OISST数据,开展了南海温盐空间分布及季节变化分析,以及海表温度对台风过程的响应特征分析。分析结果表明：南海海表温度一般为25～32℃,最高温度出现在8月的黄岩岛附近海域,海表盐度一般为32～35 psu,最高盐度出现在7月的东海附近海域;温盐垂向结构表现为表层高温低盐,随着深度增加温盐季节性变化越小。南海地区温跃层深度存在明显季节变化特征,秋冬季节温跃层深度大于春夏两季。根据“威马逊”台风期间海表温度变化特征分析海表温度对台风过程的响应,台风期间南海水体垂向混合作用增强,海表温度降温明显。     

VIIRS和AVHRR海表温度场空间精细度估算

对上层海洋次中尺度过程研究至关重要的卫星海表温度(Sea Surface Temperature,SST)场的空间精细度一直未受到足够重视。由于卫星SST产品反演噪声的影响和实测数据的缺乏等原因,目前对卫星SST场空间精细度的研究受到较大限制。本研究开发了一套估算卫星SST场空间精细度的方法,将Suomi National Polar-orbiting Partnership卫星Visible Infrared Imager Radiometer Suite(Suomi-NPP/VIIRS)和NOAA-15卫星Advanced Very High Resolution Radiometer(NOAA-15/AVHRR)Level-2 SST场的空间能量谱与长时间在同一航线反复观测的高空间分辨率实测海温数据的空间能量谱进行了比较。研究发现VIIRS SST场夜间沿扫描方向在1.5~50 km尺度对海表温度空间能量的分布特征和变化趋势描述准确,日变化导致VIIRS白天场次中尺度空间谱能量相对夜晚有所增加。AVHRR SST场空间谱能量在次中尺度相比VIIRS有较大升高。     

利用遗传算法反演实时近海面气温和比湿

使用Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS(AMSR-E)的海洋产品数据海表温度、风速,大气水蒸气、云液态水,通过遗传算法建立其与近海面气温和比湿之间的经验关系,进行近海面气温和比湿的实时反演.反演结果与The Tropical Ocean-Atmosphere(TAO)和The National Data Buoy Center(NDBC)的浮标实测资料进行比较,实时近海面气温和比湿的均方根误差分别为1.18℃和1.36 g/kg.分析结果表明,利用遗传算法采用AMSR-E海洋产品数据可以较好地反演近海面气温和比湿.     

冬季吕宋岛西北海域叶绿素时空变化特征

冬季吕宋岛西北海域频繁出现藻华现象,本文使用吕宋岛西北部海域1999年11月至2015年2月共16 a冬季多卫星融合水色遥感资料,利用经验正交函数(EOF)分解方法对长时间序列的Chl-a质量浓度的时空变化进行分析讨论,并结合海表温度(SST)、风速(WS)、海面高度异常(SLA)等数据以及上述数据计算获得的相关物理环境参数,分析其与海表Chl-a质量浓度之间的关系,探讨吕宋岛西北海域海表Chl-a质量浓度的时空分布规律以及Chl-a质量浓度与周边环境的响应关系。研究结果表明通常冬季吕宋岛西北海域海表均会出现大约以(19°N,119°E)为中心的高Chl-a质量浓度现象,平行海岸的风应力以及风应力涡旋引起冬季上升流,增加了营养盐的输入,很可能是该区域藻华形成的主要机制。同时背景流场的平流效应很可能诱发上升流区域与叶绿素藻华区中心不一致,可能引起了藻华中心的北移。     

近22年西北太平洋海表风速变化趋势及空间分布特征研究

利用来自ESE(NASA Earth Science Enterprise)的1988-2009年CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场资料,对西北太平洋海域的海表风速进行研究,发现在1988-2009年期间,西北太平洋大部分海域的海表风速呈显著的逐年线性递增趋势,近岸海表风速的...     

TMI、AMSR-E全球海表温度与Argo近海表温度的比较

本文将TMI（Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM）Microwave Imager）和AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System）卫星观测的全球海表温度与Argo浮标观测的近海表温度进行了比较。并检验了影响海温变化的因素,包括风速、水汽含量、液态云和地理位置。结果显示,TMI、AMSR-E海表温度与Argo近海表温度均明显相关。在低风速时,TMI、AMSR-E海表温度整体比Argo近海表温度高。在低风速时,TMI比AMSR-E海表温度更接近Argo近海表温度,但TMI海表温度在高纬可能没有经过良好校正。温度差异显示,在低水汽含量时,TMI和AMSR-E海表温度显示出暖的差异,代表TMI和AMSR-E海表温度在高纬均没有经过良好校正。黑潮延伸区的海表温度变化要比海潮区明显。春季在黑潮延伸区,卫星观测的海表温度与Argo近海表温度差异较小。在低风速时,TMI和AMSR-E海表温度均经过了良好校正,而TMI比AMSR-E效果更好。     

苏禄海和棉兰老海海面动力地形起伏异常机制初探——由海面地形探索海底信息

在研究西北太平洋海域海面动力地形时,首次发现菲律宾西部苏禄海和棉兰老海盆地海面动力地形不但大大高于周围海域,而且是全球的最高点。对全球海面动力地形的比较研究中,还发现了三大洋的系统性差异。从动力计算的角度分析,这是由于海水温度和盐度分布异常造成的,特别是在苏禄海和棉兰老海盆地,存在着一个巨大的高温低盐水体。本文从地热学、海底科学、海洋物理学和海底构造学角度探讨了温度分布异常的机制,对该海域海面动力异常及全球三大洋动力高度的差异作出了初步解释,并对由海面地形探索海底信息做出了尝试。     

海温预报知识讲座

第三讲海表温度长期数值预报 1引言 在海表温度长期数值预报中,可以Galerkin法为基础,从三维海洋动力热力学方程出发构造具有海洋自由面σ坐标下的距平方程组,使模式能够适应于西北太平洋复杂的海洋状况.另一方面,引用西北太平洋上层温盐观测数据,诊断计算预报模式必需的上层海洋(深至400m)的有关海洋变量(流速与温、盐等)的气候场,其中流速是按地转流假定计算的.同时,对模式需要的海面气象数据(温、压、湿、风速矢量等)的气候场进行处理,对模式中物理过程的参数化进行调整与补充.     

基于环境因子的西北太平洋秋刀鱼资源量评估研究

太平洋秋刀鱼(Cololabis saira)资源量波动易受海洋环境,尤其是海表温度(SST)变化的影响。本文假设产卵场最适SST范围(P_s)影响环境容纳量(K),索饵场最适SST范围(P_f)影响内禀自然生长率(r),利用2003—2014年西北太平洋渔业数据,建立了基于海表温度的剩余产量模型(EDSP),评估西北太平洋秋刀鱼资源量。研究显示,根据偏差信息准则(DIC)值,基于产卵场海表温度的剩余产量模型(P_s-EDSP)为最优模型。在P_s-EDSP中,最大可持续产量(MSY)为208.56×10~4 t,B_(MSY)水平的生物量为71.46×10~4 t。西北太平洋秋刀鱼的捕捞死亡率为0.15,低于目标水平和MSY水平的捕捞死亡率(F_(tar),F_(MSY)),当前资源生物量高于B_(MSY)。研究结果表明,目前西北太平洋秋刀鱼未遭遇过度捕捞,在其资源评估和管理中应适当考虑产卵场海表温度环境因素。     

环境参数对L波段盐度计观测亮温的影响研究

星载海洋盐度计依据海表面盐度在微波波段的辐射特性,通过构建海面微波辐射探测器,利用海面辐射亮温、海表面粗糙度以及海面温度等信息反演得到海表面盐度,是实现全球海洋盐度观测的有效手段。构建合理的星载L波段盐度计辐射传输正演模型是准确定量反演海表盐度的基础,卫星盐度计观测亮温不仅与卫星固有参数有关,还与海洋、大气及空间因素密切相关。为了研究外界环境因素(海表盐度、温度、海面风场、海面气压、海表气温、大气水汽含量、降雨以及法拉第旋转角等)对盐度计观测亮温的影响,文中基于L波段盐度计辐射传输正演模型以及MPM93大气毫米波传播模型,通过敏感性分析,研究星载盐度计在不同环境条件下的参数敏感性,为减小外界因素对海表盐度反演精度的不利影响提供理论依据。     

西北太平洋海域海表风速长期变化趋势研究

利用来自ECMWF的ERA-40海表10m风场资料,对西北太平洋海域海表风速的长期变化趋势等进行研究,研究发现:(1)1958-2001年期间,西北太平洋第一岛链以内海域的海表风速不存在显著的逐年变化趋势,第一岛链以外地广阔洋面则基本表现出显著性逐年线性递增趋势,递增趋势约0.005-0.02 m·s1·a-1,呈显著性逐年线性递减的海域主要分布于一些零星海域;(2)近44年期间,西北太平洋海域的海表风速整体上以0.0072m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增,在1958-1974年期间,海表风速的递增趋势较强,1975-2001年期间,西北太平洋海域的海表风速整体上变化趋势较为平缓,尤其是在1976-1983年期间,海表风速的走势甚为平缓;(3)西北太平洋海域的海表风速不存在显著的逐MAM、逐JJA变化趋势,逐SON和逐DJF则表现出显著的线性递增趋势,逐SON的递增趋势为0.0047 m· s-1· a-1,逐DJF的递增趋势为0.0079m·s-1·a-1;(4)西北太平洋海域的海表风速存在多种尺度的变化周期,具有明显的2.0-2.4年、4.3-5.2年以及26年以上的长周期震荡.     

卡尔曼滤波在卫星红外、微波海表温度数据融合中的应用

卫星红外波段测量海表温度具有空间分辨率高的优点,但受云的影响而导致数据空间覆盖率低;微波辐射计具有全天候、穿透性优势,但空间分辨率低,而且近岸区域受到陆地电磁波的干扰,不能反演有效的海表温度.由于单一卫星传感器获取的数据存在一定的局限性和差异性,因此根据不同卫星传感器的特点,将红外、微波传感器卫星数据进行数据融合具有重要的实际应用意义.卡尔曼滤波是一种最优化自回归数据处理算法,本文将卡尔曼滤波法应用于红外和微波卫星海表温度数据融合研究,给出全天候、高分辨率的海表温度.研究区域为西北太平洋区域:10°N～50°N,105°E～145°E,研究数据时间为2008年3月.     

连续台风对海表温度和海表高度的影响

利用多卫星观测资料,分析了2008年9月3个连续台风前后的海表温度(SST)和海表高度距平(SSHA)的时空变化特征,并探讨了影响其变化的主要因子。结果表明:(1)3个台风引起了强烈的上升流(1×10-5~150×10-5 m/s),海表显著降温(1~6 ℃),海表高度也有不同程度降低(10~50 cm);(2)台风引起的SST最大降温中心与SSHA负值或中尺度冷涡的区域中心十分吻合,同时台风使得先前存在的海洋中尺度冷涡得到加强;(3)同一区域台风对SST影响程度大小受台风的强度、移动速度以及台风对海面强迫时间等因素控制;(4)在原先SSHA为正值的海域,3个台风连续强迫下使得局地洋面形成一个SSHA为负值的中尺度涡,这与单一"打转"台风强迫海洋生成中尺度涡的现象不同。因此,对于西北太平洋海域而言,频发的台风在中尺度涡生消演变过程中的影响应不容忽视。     

南海北部海洋对局地生成热带气旋的响应

应用Topex/Poseidon卫星高度计海面高度距平(SSHA)资料以及TMI的逐日海表温度数据,对两个局地生成的热带气旋(1999年台风LEO和2000年台风WUKONG)引起的南海北部海洋响应过程进行研究.结果表明,在热带气旋影响下,海面高度显著降低,SSHA平均减少30cm,流场上出现气旋型环流,海表温度显著降低,降低幅度为2℃左右,在其尾迹上出现冷涡;相对于降温过程,海表温度的恢复过程非常缓慢;热带气旋强度突变或移行较缓时易引起海洋的强烈响应,这种响应的空间和时间尺度都较大,持续时间至少1周,发生响应的海域范围也很广,甚至可以跨越3个纬度的距离.     

SMAP卫星海表盐度产品精度评定与全球海表盐度特征分析

海表盐度是研究海洋变化及其气候效应重要的物理量。本文将2018年SMAP卫星的月均、日均海表盐度产品分别与Argo月均网格化产品、实时散点盐度数据进行比较,评定其精度,并分析全球海表盐度分布特征。结果表明：SMAP卫星月均产品RMSE为0.17,BIAS为0.11,STD为0.17,R为0.98,t检验呈显著相关;SMAP卫星日均产品RMSE为0.28,BIAS为0.23,STD为0.26,R为0.81,相较月均产品,精度较低。SMAP卫星月均产品偏差在中纬度海域较小,在高纬度海域较大;SMAP卫星日均产品偏差在太平洋海域为-0.6~0.6,在地中海海域超过1.0。全球海表盐度在25.0~40.0之间,沿纬度方向呈带状分布,其中大西洋海表盐度普遍高于太平洋和印度洋。     

海温预报知识讲座——第三讲 海表温度长期数值预报

在海表温度长期数值预报中，可以Galerkin法为基础，从三维海洋动力热力学方程出发构造具有海洋自由面σ坐标下的距平方程组，使模式能够适应于西北太平洋复杂的海洋状况。另一方面，引用西北太平洋上层温盐观测数据，诊断计算预报模式必需的上