Quality evaluation and calibration of the SWIM significant wave height product with buoy data

The significant wave height (SWH) is one of the main parameters that describe wave characteristics and is widely used in wave research fields. Wave parameters measured by radar are influenced by the offshore distance and sea state. Validation and calibration are of great significance for radar data applications. The nadir beam of surface wave investigation and monitoring (SWIM) detects the global-ocean-surface SWH. To determine the product quality of SWIM SWH, this paper carried out time-space matching between SWIM and buoy data. The data qualities were evaluated under different offshore distances and sea states. An improved calibration method was proposed based on sea state segmentation, which considered the distribution of the point collocation numbers in various sea states. The results indicate that (1) the SWIM SWH accuracy at offshore distances greater than 50 km is higher than that at distances less than 50 km, with an root mean squared error (RMSE) of 0.244 4 m, scatter index (SI) of 0.115 6 and relative error (RE) of 9.97% at distances greater than 50 km and those of 0.446 0 m, 0.223 0 and 18.66% at distances less than 50 km. (2) SWIM SWH qualities are better in moderate and rough sea states with RMSEs of 0.284 8 m and 0.316 9 m but are worse in slight and very rough sea states. (3) The effect of the improved calibration method is superior to the traditional method in each sea state and overall data, and the RMSE of SWIM SWH is reduced from the raw 0.313 5 m to 0.285 9 m by the traditional method and 0.198 2 m by the improved method. The influence of spatiotemporal window selection on data quality evaluation was analyzed in this paper. This paper provides references for SWIM SWH product applications.     

基于MEMS加速度计空投浮标的波浪测量方法试验研究

针对基于MEMS加速度传感器的空投波浪浮标存在采样频率与测波精度低的问题,根据频域衰减积分算法,提出一种相应的波浪测量算法,为了验证该算法测波的准确性,开展了多功能水槽试验研究。该算法旨在将MEMS加速度传感器输出的加速度与姿态角转化为浮标运动的波形,首先将加速度与姿态角信号进行竖向处理获得竖直方向的加速度,再利用离散傅里叶变换将竖向加速度转化为频域内的加速度复数序列,然后引入控制函数减弱低频噪声,经过频域积分、离散傅里叶逆变换、时域积分获得竖直方向的位移,最后通过后处理得到最终的波形。多功能水槽试验采取10中不同波高和周期的工况,对比空投波浪测量浮标与波高仪的测量结果,试验结果表明,浮标的测量误差在10%以内,达到测波标准。     

国产深海准实时传输潜标系统设计

基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要,开展国产深海准实时传输潜标系统的设计,重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计;开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究;进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范,形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪,并配有2套声学释放器;潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置（半潜式水下绞车或海面浮子）和1套锚泊缆系,可实现深达2 000 mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输,以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。     

基于Argo实测流场数据对5套海洋模式产品中赤道太平洋中层流的评估

本文以Argo轨迹资料计算的赤道太平洋中层流(1 000 m深度流场)作为实测数据,从空间结构特征和时间变化特征两方面对5套常用海洋模式产品(OFES、LICOM、HYCOM、ECCO2和SODA)进行了评估。Argo流场显示赤道太平洋中层流呈条带状结构,且存在明显的西强东弱和南强北弱特征。此外,赤道太平洋中层流存在明显的季节变化且其相位关于赤道对称。5套模式产品的评估结果表明,SODA流场与实测流场最接近,其时空变化特征都与实测流场基本一致;其次是ECCO2流场,除流场动能偏小以外,其他各方面都与实测流场一致;OFES、LICOM和HYCOM流场的模拟效果较差,但都能再现条带状结构特征。     

海底管线附近抛锚时锚链的设计

当船只抛锚点附近有海底管线时,为了防止置于海底的锚链对管线可能造成的危害.需要采取一定的措施将位于海底管线上方的锚链提起.结合实际工程设计采用浮筒提供足够的举升力提起锚链,并以悬链线方程为依据,推导浮筒位置和高度对锚链形状和被举升段长度的关系,从而确定出合理的浮筒举升力大小和浮筒安装位置.     

Argo光盘数据集的研制与应用

早期的Argo数据光盘主要基于文件系统的数据管理,都没有提供对查询结果的保存和打印功能,更没有引入数据库系统对浮标数据进行综合管理.文中针对Argo数据共享和分发过程中存在的不足,特别是Argo光盘数据集所存在的问题,提出了改进方法.并引进数据库技术对Argo光盘数据集进行了补充和完善:提出了使用Winrar压缩软件对光盘数据资料进行压缩,从而解决了日益增加的Argo数据与光盘容量有限的矛盾,可以更好的满足Argo数据分发和共享的需求.为了充分发挥Argo光盘数据集的功能,文中还针对Argo资料用户对图形文件的需求,利用VC++和Matlab混合编程的方法,开发了Argo视图软件.最后,基于数据库技术研制完成了一张包含了1997-2006年全球海洋上全部Argo剖面浮标观测的Argo光盘数据集,并系统介绍了该数据集的结构、功能和应用过程等.     

用Argo温盐资料估计印度尼西亚贯穿流多年平均地转输送

利用Argo浮标资料,估计了2003—2007年期间印度尼西亚贯穿流（ITF）出口处114.5^οE断面上层(0—1000m)的地转流,并与WOA05资料进行对比。在114.5^οE断面上9.5^ο—18.5^οS之间,依据Argo资料计算的上层(0—1000m)地转流年平均输送为4.2Sv(1 Sv = 106m^3.s^-1),比依据WOA05资料计算的流量大0.5Sv左右,与前人对IX1断面的估算接近。依据Argo资料计算的ITF的季节变化也与WOA05比较一致,最大输送都出现在7月份,可以达到10Sv,而冬季二者差异较大。比较了盐度资料的差异以及114.5^οE断面南侧缺测对估计ITF地转流输送的影响,发现盐度资料的改善可以改进对ITF地转输送量的估计,而断面南侧的缺测对ITF年平均输送的影响较小。因此,Argo资料可以作为监测ITF输送量的一种有效手段,特别是用于年平均流量的研究。     

Variation of Indo-Pacific upper ocean heat content during 2001–2012 revealed by Argo

Understanding of the temporal variation of oceanic heat content(OHC) is of fundamental importance to the prediction of climate change and associated global meteorological phenomena. However, OHC characteristics in the Pacific and Indian oceans are not well understood. Based on in situ ocean temperature and salinity profiles mainly from the Argo program, we estimated the upper layer(0–750 m) OHC in the Indo-Pacific Ocean(40°S–40°N, 30°E–80°W). Spatial and temporal variability of OHC and its likely physical mechanisms are also analyzed. Climatic distributions of upper-layer OHC in the Indian and Pacific oceans have a similar saddle pattern in the subtropics, and the highest OHC value was in the northern Arabian Sea. However, OHC variabilities in the two oceans were different. OHC in the Pacific has an east-west see-saw pattern, which does not appear in the Indian Ocean. In the Indian Ocean, the largest change was around 10°S. The most interesting phenomenon is that, there was a long-term shift of OHC in the Indo-Pacific Ocean during 2001–2012. Such variation coincided with modulation of subsurface temperature/salinity. During 2001–2007, there was subsurface cooling(freshening)nearly the entire upper 400 m layer in the western Pacific and warming(salting) in the eastern Pacific. During2008–2012, the thermocline deepened in the western Pacific but shoaled in the east. In the Indian Ocean, there was only cooling(upper 150 m only) and freshening(almost the entire upper 400 m) during 2001–2007. The thermocline deepened during 2008–2012 in the Indian Ocean. Such change appeared from the equator to off the equator and even to the subtropics(about 20°N/S) in the two oceans. This long-term change of subsurface temperature/salinity may have been caused by change of the wind field over the two oceans during 2001–2012, in turn modifying OHC.     

基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析

基于1996—2012年西北太平洋Argo剖面浮标盐度观测资料,利用合成分析方法研究了海表面盐度对台风的响应特征。结果表明海表面盐度对台风的响应具有明显的非对称性:台风过后其路径右侧的海表面盐度显著上升;左侧的则在R₅₀内上升,R₅₀外区域普遍下降。进一步分析显示台风强度、移动速度和海洋混合层深度对海表面盐度响应特征均有较大影响。强度大或移动缓慢的台风能造成大范围的海表面盐度上升;强度小或移动快速的台风只在路径右侧造成海表面盐度上升,左侧的则普遍下降。夏季(6-9月)台风过后,海表面盐度在混合层浅的区域普遍大幅上升,在混合层深的区域则在台风路径左右两侧2R₅₀范围内小幅上升,在远离台风路径左侧区域下降。     

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。