基于海图数据的水下岸坡插值精度分析对比研究

数字高程模型是研究水下岸坡冲淤变化的一种重要手段。不同的插值方法和像元大小都会对数字高程模型的精度产生影响,从而导致冲淤分析结果的变化。本研究使用了六种常用的插值方法 (ANUDEM、反距离函数法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、不规则三角网转栅格法)对莱州湾和烟台港不同年份和尺度的水深数据进行了插值,计算了均方根预测误差、源数据残差均方根误差、残差均值、残差最大值和残差最小值等精度计算指标。结果表明ANUDEM和自然邻域法的均方根预测误差和源数据残差均方根误差均小于1 m。ANUDEM和自然邻域法对不同尺度的水下岸坡数据插值有着较好的适用性。     

利用机载GNSS反射信号反演海面风速的研究

全球卫星导航定位系统的反射信号(GNSS-R)遥感技术作为一种新型的、低成本的、高机动性的海面微波遥感测风技术,与其他测风手段优势互补,可以增加测风手段的多样性,弥补局部测风手段不足的状况。研究了接收机在机载高度时,GPS反射信号功率理论模型四部分函数的性质,在此基础之上,数值模拟了机载高度下理论相关功率波形,基于海面风速对波形峰值与后沿的影响,提出了一种能够兼顾所有理论波形信息的二维插值风速反演方法。利用该方法,结合实测机载数据对海面风速进行反演,反演的风速均值与附近测站风速均值相差为1.4 m/s,与浮标数据相一致。     

日本周边海域温跃层特性研究及温度剖面模型构建

使用"中国ARGO实时资料中心"提供的2005—2009年连续5 a日本南部海域的ARGO浮标资料,通过建立标准层,统计并提取各标准层的剖面温度,采用AKIMA插值方法计算各层的温度梯度。较详细分析了该海域温度垂直剖面特征及温跃层的分布规律。在此基础上,使用分段三次多项式拟合方法建立了适用于该海区的温度垂直剖面模型,并利用2010年ARGO数据对模型进行了验证,研究表明,经过模型模拟的剖面温度与实测温度之间的相关系数可达到0.99以上。     

斜压罗斯贝变形半径优化的误差相关尺度及其对最优插值效果的改进

利用最优插值方法进行三维温盐场重构时,如何正确估算背景场误差协方差至关重要。针对背景场误差协方差主要取决于误差相关尺度的问题,本文提出了用中国东部海域及其附近海域的最新的高分辨率气候态数据进行斜压罗斯贝变形半径优化其误差相关尺度计算的研究方案和技术途径;对比分析了均一化相关尺度方案和法国ISAS系统尺度方案,讨论了变形半径对最优插值的影响。结果表明:均一化相关尺度方案的均方根误差小于ISAS方案,但温度场过于平滑,难以刻画一些重要的物理现象;相比而言,本文提出的基于变形半径的相关尺度方案在取2倍变形半径时,不仅均方根误差在各水平层较小,且温度场能够更好地刻画四国海盆海域涡旋及黑潮影响的温度场三维结构。由于实际海洋中各层物理过程的尺度存在差异,实际应用时各层的最优尺度设置也应有所不同。     

Hybrid N-order Lagrangian Interpolation Eulerian?Lagrangian Method for Salinity Calculation

The Eulerian?Lagrangian method (ELM) has been used by many ocean models as the solution of the advection equation, but the numerical error caused by interpolation imposes restriction on its accuracy. In the present study, hybrid N-order Lagrangian interpolation ELM (LiELM) is put forward in which the N-order Lagrangian interpolation is used at first, then the lower order Lagrangian interpolation is applied in the points where the interpolation results are abnormally higher or lower. The calculation results of a step-shaped salinity advection model are analyzed, which show that higher order (N=3?8) LiELM can reduce the mean numerical error of salinity calculation, but the numerical oscillation error is still significant. Even number order LiELM makes larger numerical oscillation error than its adjacent odd number order LiELM. Hybrid N-order LiELM can remove numerical oscillation, and it significantly reduces the mean numerical error when N is even and the current is in fixed direction, while it makes less effect on mean numerical error when N is odd or the current direction changes periodically. Hybrid odd number order LiELM makes less mean numerical error than its adjacent even number order LiELM when the current is in the fixed direction, while the mean numerical error decreases as N increases when the current direction changes periodically, so odd number of N may be better for application. Among various types of Hybrid N-order LiELM, the scheme reducing N-order directly to 1st-order may be the optimal for synthetic selection of accuracy and computational efficiency.     

多波束海底地形数据空值区域的插值填补方法分析

由于边界误差剔除、测线布设过于稀疏等因素影响,利用多波束数据生成高分辨率DEM时,常常会存在一些水深空值单元或区域。为了对这些数据空值区域进行可靠填补,在考虑地形特征及空值单元大小的情况下,利用IDW、Spline、Kriging、TIN四种插值方法对某区域多波束海底DEM空值区域进行直接内插填补试验,结果表明插值算法的选取不仅受地形类型限制,而且与空值区域的大小也密切相关。     

基于GIS的近海剩余环境容量计算模型

探讨一种基于GIS 克里格插值方法的剩余环境容量计算方法, 通过GIS 地统计分析插值模型将水质模拟问题转化为数学统计问题, 充分利用水质水体、沉积物监测数据, 采用克里格插值法对污染物浓度和水深在局部海域内进行插值, 将研究区域离散为一个个的均匀栅格单元, 比较每个单元污染物浓度与水质目标之间的差值, 从而估算得到研究海域的剩余环境容量。通过2009 年8 月锦州湾剩余环境容量的计算实例表明, 基于GIS 的剩余环境容量初步计算方法在资料缺乏地区是十分简便、有效的, 这为海域开发利用区环境管理与规划提供了参考。     

Use of an expert system to map forest soils from a geographical information system

Abstract

Mapping forest soils using conventional methods is time consuming and expensive. An expert system is described and applied to the mapping of five forest soil-landscape units formed on a single granitoid parent material. Three thematic maps were considered important in influencing the distribution of soils. The first showed the distribution of nine classes of native eucalypt forests, and the second and third were derived from a digital elevation model and represented slope gradient and a soil wetness index combined with topographical position. These layers were input to a raster based geographical information system (GIS) and then geometrically co-registered to a regular 30 m grid. From a knowledge of soil distributions, the relationships between the soil-landscape units and the three data layers were quantified by an experienced soil scientist and used as rules in a rule based expert system. The thematic layers accessed from the GIS provided data for the expert system to infer the forest soil-landscape unit most likely to occur at any given pixel. The soil-landscape map output by the expert system compared favourably with a conventional soil-landscape map generated using interpretation of aerial photographs.     

一种顾及各向异性的数字水深模型插值方法

提出了一种顾及各向异性的数字水深模型插值方法,通过局部水深信息解析海底地形的微地貌结构特征,构建了顾及距离和方向的水深插值模型。实验证明,所提方法较距离反比例平方加权法能更多地保留地形信息,同时具有更高的插值精度和插值稳定性。     

重力异常垂向一阶导数的一种简便算法

利用拉格朗日插值导出了重力异常垂向一阶导数的计算公式，给出了地面以及地面之上不同高度的求导系数。该公式可以计算地面上的重力垂向一阶导数，还可以直接计算地面之上任意高度上的垂向一阶导数。鉴于该公式除系数不同外，与上延公式完全相同，因此，程序设计尤为简单。使用本公式对模型数据和实际资料进行了处理，证明了本算法的实用性。