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。     

不同插值方法在海域气象参数估算中的可靠性评价

海域条件下的气象观测具有数据稀少、变化大且观测站点分布不均的特点,其插值精度受插值方法影响较大。首先对常规插值方法进行理论分析,进而选取了反距离加权法、克里金法和样条函数法三种插值方法进行了插值实验和精度分析。根据渤海湾某区域的气象历史数据,采用不同方法绘制了温度、压强和湿度的插值平面图,并基于交叉验证的方式对各插值方法进行了对比,给出了不同方法的插值估算可靠性评价。结果表明:温度、压强和湿度的插值精度均是基于反距离加权法的插值结果最优(MAE_(温度)=2.42,RMSE_(温度)=1.92,MAE_(压强)=2.05,RMSE_(压强)=1.30,MAE_(湿度)=11.394, RMSE_(压强)=6.43),同时基于反距离加权法的图形绘制可视化效果也要优于其他两种方法。研究结果可为海域气象参数估算提供理论和实践依据。     

基于平均分组和叠加相关的GPS信号捕获方法

针对目前GPS软件接收机C/A码捕获信噪比门限高、捕获速度慢的问题,提出一种基于平均分组和叠加相关的GPS弱信号捕获方法。首先,基于平均相关处理技术降低C/A码捕获过程中的自相关损耗,提高对微弱信号的捕获能力;然后,利用叠加相关提高相干运算的运算效率,并采用线性插值提高自相关函数性能;最后,利用频偏校正和内插进一步提高C/A信号的捕获精度。理论分析和仿真实验均验证,该方法能够在较低的信噪比下实现GPS信号捕获,且精度较高、运算量较低。     

面向稀疏散布数据集的时空Kriging优化

时空Kriging法通过将变异函数向时空域进行扩展得到时空变异函数,有效地利用时空邻近的采样点综合进行插值,由于时空稀疏散布数据集具有单一时刻下样本点数量少以及时空分布不规律的特点,难以满足使用时空Kriging插值法的基本条件,导致插值精度不高,据此本文提出了优化方法：通过多时段叠置拟合空间变异函数的方法,综合利用时空邻域内的采样点以解决单一时刻下空间邻域内数量不足情况;控制时间变异对空间变异函数拟合的误差影响;采用积合式模型构建时空变异函数进行插值。最后使用Argo海温数据进行插值实验,在相同条件下与时空Kriging法以及时空权重法的交叉验证结果对比得出,该方法在保证拟合所需采样点数量要求的同时,有效削减了一般时空Kriging法中时间变异对空间变异函数拟合结果的干扰,插值结果的绝对误差均值从0.5降低至0.2以内,稳定性进一步增强,改善了时空Kriging法在稀疏散布数据条件下精度上的不足。     

Reconstruction of eddies by assimilating satellite altimeter data into Princeton Ocean Model

An optimal interpolation assimilation model for satellite altimetry data is developed based on Princeton Ocean Model (POM), which is applied in a quasi-global domain, by the method of isotropic correlation between sea level anomaly (SLA) and sea temperature anomaly. The perfor- mance of this assimilation model is validated by the modeled results of SLA and the current patterns. Comparisons between modeling and satellite data show that both the magnitudes and distribution patterns of the simulated SLA are improved by assimilation. The most signiˉcant improvement is that meso-scale systems, e.g., eddies, are well reconstructed. The evolution of an eddy located in the northwest Paciˉc Ocean is traced by using the assimilation model. Model results show that during three months the eddy migrated southwestward for about 6 degrees before merging into the Kuroshio. The three dimensional structure of this eddy on 12 August 2001 is further analyzed. The strength of this warm, cyclonic eddy decreases with the increase of depth. The eddy shows di?erent horizontal patterns at di?erent layers, and the SLA and temperature ˉelds agree with each other well. This study suggests that this kind of data assimilation is economic and reliable for eddy reconstruction, and can be used as a promising technique in further studies of ocean eddies as well as other ˉne circulation structures.     

渤海海效应暴雪的三维热力结构特征

采用烟台多普勒天气雷达、天气图等观测资料和中尺度模式(RAMS4.4)进行数值模拟,分析了2008年12月4~6日发生的一次海效应暴雪的时空分布和三维热力结构特征。结果表明:(1)渤海海效应降雪并非传统认为的仅发生在蓬莱以东的山东半岛地区,而是广泛分布于山东半岛、莱州湾、渤海中东部和黄海西部洋面上;降雪源地有暖海面和陆地,即莱州湾、渤海中部至渤海海峡和山东半岛。(2)浅层对流是海效应降雪的重要热力特征,当强冷空气流经渤海时,暖海面通过湍流交换等作用向冷空气底层输送感热和潜热,使得低层增温增湿,产生对流层中上层干冷低层暖湿的对流性不稳定。(3)冷空气的强弱影响渤海暖海面及山东半岛地区的垂直热力结构,导致降雪强度在不同时段存在显著差异。海气温差与热通量成正比,初期冷空气弱,对流层中低层的垂直温差小,海面上空的暖湿层浅薄,不稳定能量弱,产生的降雪量小;中后期冷空气强盛,对流层中低层的垂直温差大,暖湿层较为深厚,不稳定能量增强,导致降雪强度和降雪量大。(4)与单一要素温度和湿度相比,对流层低层相当位温的水平分布对强降雪落区具有更好的指示意义,强降雪发生在高相当位温脊线附近。     

基于空间插值的浙江省城市流时空演变特征研究

为了探寻发达省份内城市间相互作用的时空特征,该文以浙江省为样本单元,选取2005、2010年和2015年3个时间截面,采用反距离权重法和空间插值手段,从城市流强度视角展开了实证分析。结果表明：（1） 城市间的联系在不断加强,期间城市流强度值随时间的推移而整体得到提升,空间上由初始的“中心点”通过发展扩散向“中心域”转变,中心城市的辐射带动作用开始发挥成效。（2）结构上呈现出相对稳定的北高南低的分布格局,以杭州市为龙头,宁波为副核心,温州、绍兴、舟山为重要节点的多中心城市网络结构雏形初步形成。（3） 城市流强度的空间分异特征分析明显,但分异程度有了些许的改善,侧面说明空间上由初始的“中心点”通过发展扩散向“中心域”转变的基本观点。最后就浙江省如何加强省内城市间“流”的规模性、区域协调性和可持续性展开了讨论。     

2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布特征及输送过程

利用最新发布的CALIPSO产品,构建了2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布,并结合HYSPLIT-4模式和再分析数据,探讨了沙尘的三维输送过程。结果表明：中国的沙尘排放源区主要是塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠,沙尘气溶胶出现频率分别为60%和35%。塔克拉玛干沙漠排放的沙尘主要（50%~70%）停留在源地0~6 000 m高度,少部分向东输送至甘肃和内蒙古;巴丹吉林沙漠排放的沙尘则主要向东输送。中国沙尘排放量在春季最大,向东输送最强;夏季,东亚夏季风限制了沙尘向东输送;秋季,沙尘排放减弱,输送强度和夏季相当;沙尘排放量在冬季最小,输送最弱。夏季,沙尘在输送过程中可被抬升至高度5 000 m以上,春季次之,秋、冬季的沙尘主要在低层大气输送。沙尘在向东输送的过程中被抬升并和当地人为污染物混合变为污染性沙尘,华北地区污染性沙尘出现频率高达30%;输送到海洋的沙尘也会与洋面上（0~3 000 m高度）的海盐气溶胶混合,出现频率约为10%。     

The application of geographic information technology to coastal geomorphology

With the development of modern oceanic observation technologies,coastal survey data have been experiencing a substantial growth.The integration management of the data from different disciplines,different sources and different formats has become a major research field in coastal geomorphology by using Geographic Information System (GIS).This paper puts forward a new methodology framework of GIS techniques in coastal ocean geomorphology,including data acquisition,process,analysis,and representation.It focuses on some major GIS techniques to study the land-ocean interaction mechanism,such as spatial analysis,submarine topography model and three-dimension (3D) visualization,and apply its result to coastal urban planning,harbor site selection and geomorphology environment about coral reef and islands on the continental shelf.The case studies cover the whole coastal ocean to serve the social community,economical development and diplomatic rights for decision-making all round in the coastal zone.The research shows clearly that the application of coastal multi-source geospatial platform has changed the traditional coastal geomorphology science dramatically from its research scope,fields and methods,however,as made clear in this paper,extracting accurate information from remote sensing data and GIS databases for coastal geomorphological applications is a nontrivial challenge that requires the combined knowledge and skills of information scientists and geomorphologists.