基于多源高度计数据的海浪融合方法研究
发布时间：2021-08-09 21:46
海浪是发生在海洋中的一种波动现象,有效波高是反映海浪状况的重要参数之一,对于研究海洋动力和气候变化具有重要意义。海浪的观测手段主要包括现场测量和卫星遥感测量两大类,现场测量主要依靠沿岸区域的观测台站或者分布稀疏的海上平台、观测浮标,其观测数据精度较高,但观测点分布不均匀,且观测数据相对较少。卫星遥感测量方式具有全天时、大范围观测的特点,可以提供大范围覆盖,且相对高时效的海浪观测结果,因此其具有现场测量难以比拟的时空覆盖优势,从而为开展全球海洋的海浪观测、预报等科学研究提供了必要的数据保障。卫星高度计作为海浪观测的主要遥感器之一,其通过海面跟踪波形的前沿斜率获取星下点的有效波高,但由于单星卫星高度计在赤道区域的相邻轨道间隔约为百公里级,而不同卫星高度计相邻轨道间的间隔达到数十公里,为了获取全球均匀分布的有效波高信息必须对不同的卫星高度计有效波高观测数据进行融合。因此,数据融合是综合利用多源高度计海浪数据的主要方向,能够有效解决由于卫星重复周期较长而造成的时效性不足、沿轨数据间隔较大而导致的观测空白等问题,从而更好地服务于科学研究。为了满足全球海浪研究的需要和综合利用多源高度计观测的优势,...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GlobWave项目示例（2017年1月）
硕士学位论文第一章绪论6Jason-2为参考，对波形直方图进行交叉校准）作为输入数据，首先在1°×1°的网格内对海浪测量值进行2天的平均；然后用16°×8°的Loess滤波器进行平滑外推（填充数据缺失的间隙，信号强平滑），其中外推限制在8°×4°，以避免在没有数据的情况下出现人为填充区域。最后使用了一个简化的高程掩膜：距离大海超过2°的每个点都被强制设置为默认值；如果超过30%的点具有默认值，则不会生成融合产品。该数据集空间范围为全球，空间分辨率为1°×1°。时间范围为2009年9月14日至2019年11月29日，时间分辨率为1天。采用NetCDF格式存储[29]。图1-2AVISO海浪融合产品示例（2018年1月15日）Fig1-2SampleofAVISOwavefusionproduct(January15,2018)3、哥白尼海洋环境监测服务CMEMSL4级网格化产品基于CMEMSL3级有效波高数据集，由WAVE-TAC多任务高度计数据处理系统进行近实时处理。融合了Jason-3、Sentinel-3A、Sentinel-3B、SARAL/AltiKa和CryoSat-2等卫星高度计的沿轨有效波高数据。输入CMEMSL3级NRT数据，进行校准后生成每日有效波高产品。其有效波高产品主要包括两种参数，一是对每日卫星高度计测量的原始统计数据进行简单平均，以2°×2°网格平均1天内的海浪测量值。该参数只使用当天测量值（00:00UTC-23:59UTC），不进行插值或平滑。如果网格单元内没有可用的测量值，则将该网格属性值设置为Nan。二是提供每日12:00UTC无空值网格单元的瞬时估计海浪常该参数利用2°×2°网格对该日前后1.5天的海浪测量进行加权平均，越接近该日12:00UTC的测量值权重越大。对无测量值的网格进行插值填充，不进行平滑处理。该产品空间范围为全球，空间分辨率为
硕士学位论文第一章绪论72°×2°，时间范围为2019年6月26日至今，时间分辨率为1天。文件格式为NetCDF4[30]。图1-3CMEMSL4级SWH融合产品示例（2019年7月1日12:00UTC）Fig1-3SampleofCMEMSL4SWHfusionproduct(12:00UTC,July1,2019)1.2.3风浪和涌浪风浪和涌浪是海面常见的两种海浪。随着波浪在深水中的传播，波长较长的波比较短的波传播速度快，形成的涌浪波列能够在海洋中长距离传播。海洋涌浪的研究对于海岸带的管理与保护、海洋气候的监测与分析具有重要的作用[31]。涌浪对于海岸的破坏程度更大，对于远洋航行也造成了一定的危险。涌浪会对在海洋中航行的船舶造成一定的影响，严重时会使船舶发生偏摆、触底搁浅[32]。同时涌浪也具有重要的应用价值，是一种宝贵的清洁能源。涌浪能优点突出，能量大且稳定性好，便于进行波浪能的采集和能源之间的转换。涌浪能源的开发与利用对于远洋的海浪发电、海水淡化具有重要的实用价值[33]。关于涌浪产生和传播，国内外学者进行了大量的研究。Munk[34]和Snodgrass[35]等对涌浪的研究为涌浪的产生和传播提供了重要的见解。Chen等[36]利用卫星高度计观测的风速和有效波高，根据完全成长的海况风浪关系分别推导出风浪和涌浪的波高，进而研究全球的涌浪和风浪范围，发现热带太平洋、大西洋和印度洋海域存在三个“舌状”涌浪池（swellpool）。Chen等[36]发现了一个热带太平洋的涌浪池，主要位于赤道东太平洋。邓增安等[37]通过计算全球2000年涌浪指数的分布，发现靠近赤道太平洋的东部边界地区存在一个明显的涌浪池。Deng等[38]进一步证明了南大洋的风浪遇陆地阻隔而形成大洋东岸的涌浪是“涌
【参考文献】：
期刊论文
[1]北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析[J]. 杨俊钢,张杰,王桂忠. 海洋学报. 2018(11)
[2]从波浪到厄尔尼诺[J]. 吴克俭,石永芳,张晓爽. 海洋气象学报. 2017(03)
[3]基于三种测波方法的实测数据对比分析[J]. 周庆伟,封哲,汪小勇,蔡晓晴,齐占辉,白杨. 海洋技术学报. 2017(03)
[4]2016年超强厄尔尼诺背景下的强对流和极端降水天气特点[J]. 毕宝贵,张小玲,代刊. 科学通报. 2017(09)
[5]基于CryoSat-2卫星测高数据的北极海冰体积估算方法[J]. 王蔓蔓,柯长青,邵珠德. 海洋学报. 2017(03)
[6]基于浮标数据的卫星雷达高度计海浪波高数据评价与校正[J]. 韩伟孝,杨俊钢,王际朝. 海洋学报. 2016(11)
[7]Validation and application of multi-source altimeter wave data in China’s offshore areas[J]. KONG Yawen,ZHANG Xiuzhi,SHENG Lifang,CHEN Baozhang. Acta Oceanologica Sinica. 2016(11)
[8]2015/2016年强厄尔尼诺过程及其对全球和中国气候的主要影响[J]. 翟盘茂,余荣,郭艳君,李庆祥,任雪娟,王亚强,徐文慧,柳艳菊,丁一汇. 气象学报. 2016(03)
[9]2014-2016年超强厄尔尼诺事件的气候影响[J]. 袁媛,高辉,贾小龙,万江华. 气象. 2016(05)
[10]Jason-2有效波高产品在中国海域的准确性评估[J]. 王娟娟,高志一,王久珂,李本霞,宋金宝. 海洋与湖沼. 2016(03)
硕士论文
[1]基于多源卫星遥感数据的全球海浪产品研究及应用[D]. 韩伟孝.国家海洋局第一海洋研究所 2017
[2]风浪条件及飞沫对海气热通量的影响的研究[D]. 张连新.中国海洋大学 2011
[3]风—浪要素的全球分布特征研究[D]. 张婕.中国海洋大学 2010
[4]渤海海浪的数值模拟和涌浪对风浪影响的研究[D]. 黄必桂.中国海洋大学 2009
本文编号：3332856
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GlobWave项目示例（2017年1月）
硕士学位论文第一章绪论6Jason-2为参考，对波形直方图进行交叉校准）作为输入数据，首先在1°×1°的网格内对海浪测量值进行2天的平均；然后用16°×8°的Loess滤波器进行平滑外推（填充数据缺失的间隙，信号强平滑），其中外推限制在8°×4°，以避免在没有数据的情况下出现人为填充区域。最后使用了一个简化的高程掩膜：距离大海超过2°的每个点都被强制设置为默认值；如果超过30%的点具有默认值，则不会生成融合产品。该数据集空间范围为全球，空间分辨率为1°×1°。时间范围为2009年9月14日至2019年11月29日，时间分辨率为1天。采用NetCDF格式存储[29]。图1-2AVISO海浪融合产品示例（2018年1月15日）Fig1-2SampleofAVISOwavefusionproduct(January15,2018)3、哥白尼海洋环境监测服务CMEMSL4级网格化产品基于CMEMSL3级有效波高数据集，由WAVE-TAC多任务高度计数据处理系统进行近实时处理。融合了Jason-3、Sentinel-3A、Sentinel-3B、SARAL/AltiKa和CryoSat-2等卫星高度计的沿轨有效波高数据。输入CMEMSL3级NRT数据，进行校准后生成每日有效波高产品。其有效波高产品主要包括两种参数，一是对每日卫星高度计测量的原始统计数据进行简单平均，以2°×2°网格平均1天内的海浪测量值。该参数只使用当天测量值（00:00UTC-23:59UTC），不进行插值或平滑。如果网格单元内没有可用的测量值，则将该网格属性值设置为Nan。二是提供每日12:00UTC无空值网格单元的瞬时估计海浪常该参数利用2°×2°网格对该日前后1.5天的海浪测量进行加权平均，越接近该日12:00UTC的测量值权重越大。对无测量值的网格进行插值填充，不进行平滑处理。该产品空间范围为全球，空间分辨率为
硕士学位论文第一章绪论72°×2°，时间范围为2019年6月26日至今，时间分辨率为1天。文件格式为NetCDF4[30]。图1-3CMEMSL4级SWH融合产品示例（2019年7月1日12:00UTC）Fig1-3SampleofCMEMSL4SWHfusionproduct(12:00UTC,July1,2019)1.2.3风浪和涌浪风浪和涌浪是海面常见的两种海浪。随着波浪在深水中的传播，波长较长的波比较短的波传播速度快，形成的涌浪波列能够在海洋中长距离传播。海洋涌浪的研究对于海岸带的管理与保护、海洋气候的监测与分析具有重要的作用[31]。涌浪对于海岸的破坏程度更大，对于远洋航行也造成了一定的危险。涌浪会对在海洋中航行的船舶造成一定的影响，严重时会使船舶发生偏摆、触底搁浅[32]。同时涌浪也具有重要的应用价值，是一种宝贵的清洁能源。涌浪能优点突出，能量大且稳定性好，便于进行波浪能的采集和能源之间的转换。涌浪能源的开发与利用对于远洋的海浪发电、海水淡化具有重要的实用价值[33]。关于涌浪产生和传播，国内外学者进行了大量的研究。Munk[34]和Snodgrass[35]等对涌浪的研究为涌浪的产生和传播提供了重要的见解。Chen等[36]利用卫星高度计观测的风速和有效波高，根据完全成长的海况风浪关系分别推导出风浪和涌浪的波高，进而研究全球的涌浪和风浪范围，发现热带太平洋、大西洋和印度洋海域存在三个“舌状”涌浪池（swellpool）。Chen等[36]发现了一个热带太平洋的涌浪池，主要位于赤道东太平洋。邓增安等[37]通过计算全球2000年涌浪指数的分布，发现靠近赤道太平洋的东部边界地区存在一个明显的涌浪池。Deng等[38]进一步证明了南大洋的风浪遇陆地阻隔而形成大洋东岸的涌浪是“涌
【参考文献】：
期刊论文
[1]北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析[J]. 杨俊钢,张杰,王桂忠. 海洋学报. 2018(11)
[2]从波浪到厄尔尼诺[J]. 吴克俭,石永芳,张晓爽. 海洋气象学报. 2017(03)
[3]基于三种测波方法的实测数据对比分析[J]. 周庆伟,封哲,汪小勇,蔡晓晴,齐占辉,白杨. 海洋技术学报. 2017(03)
[4]2016年超强厄尔尼诺背景下的强对流和极端降水天气特点[J]. 毕宝贵,张小玲,代刊. 科学通报. 2017(09)
[5]基于CryoSat-2卫星测高数据的北极海冰体积估算方法[J]. 王蔓蔓,柯长青,邵珠德. 海洋学报. 2017(03)
[6]基于浮标数据的卫星雷达高度计海浪波高数据评价与校正[J]. 韩伟孝,杨俊钢,王际朝. 海洋学报. 2016(11)
[7]Validation and application of multi-source altimeter wave data in China’s offshore areas[J]. KONG Yawen,ZHANG Xiuzhi,SHENG Lifang,CHEN Baozhang. Acta Oceanologica Sinica. 2016(11)
[8]2015/2016年强厄尔尼诺过程及其对全球和中国气候的主要影响[J]. 翟盘茂,余荣,郭艳君,李庆祥,任雪娟,王亚强,徐文慧,柳艳菊,丁一汇. 气象学报. 2016(03)
[9]2014-2016年超强厄尔尼诺事件的气候影响[J]. 袁媛,高辉,贾小龙,万江华. 气象. 2016(05)
[10]Jason-2有效波高产品在中国海域的准确性评估[J]. 王娟娟,高志一,王久珂,李本霞,宋金宝. 海洋与湖沼. 2016(03)
硕士论文
[1]基于多源卫星遥感数据的全球海浪产品研究及应用[D]. 韩伟孝.国家海洋局第一海洋研究所 2017
[2]风浪条件及飞沫对海气热通量的影响的研究[D]. 张连新.中国海洋大学 2011
[3]风—浪要素的全球分布特征研究[D]. 张婕.中国海洋大学 2010
[4]渤海海浪的数值模拟和涌浪对风浪影响的研究[D]. 黄必桂.中国海洋大学 2009
本文编号：3332856
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