基于卫星高度计资料提取浙江近海的潮汐信息

利用Topex/Poseidon(T/P)、Jason-1和Jason-2卫星24a的原始轨道及6a的变轨轨道高度计资料,对浙江近海区域内进行潮汐调和分析,得到8个主要分潮(Q_1、O_1、P_1、K_1、N_2、M_2、S_2和K_2)的调和常数.比较卫星轨道交叉点处潮汐调和常数结果显示,8个分潮总体综合误差在原始轨道,变轨轨道及原始轨道与变轨轨道交叉点处的和方根RSS值分别为3.16、7.02、5.54cm;用卫星高度计资料及31个近岸验潮站得到的潮汐分布与21个验潮站资料结果进行比较,M_2、S_2、N_2、K_1和O_1主要分潮的多点向量均方根偏差分别为4.32、3.64、1.97、2.61、1.83 cm;本研究结果与前人数值模拟结果比较显示M2、S2分潮在对比点处的多点向量均方根偏差在11、8 cm左右,最后给出了浙江近岸及近海区域更为精确的5个主要分潮(M_2、S_2、N_2、K_1和O_1)的同潮图.     

基于T/P 和Jason-1 高度计数据的渤黄东海潮汐信息提取

对19 a 的TOPEX/POSEIDON(以下称T/P)和Jason-1 卫星高度计测高数据进行调和分析, 得到渤黄东海海域的8 个主要分潮(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1 和Q1)。提出一种将两类卫星高度计数据统一的方法, 消除了因两类卫星高度计校正算法等不同所导致的相互之间的偏差。变轨后的T/P与Jason-1 卫星加密了高度计对潮汐观测的空间分布。通过对交叉点处升轨与降轨的潮汐调和分析结果进行比较, 检验调和分析方法及高度计数据的可靠性; 将基于高度计数据的调和分析结果与验潮站资料进行比较, 以检验其正确性。4 个主要分潮(M2、S2、K1、O1)振幅之差的均方根介于1.0~1.8 cm, 迟角之差的均方根介于4.1°~7.8°。与已有研究结果相比, 调和分析结果的精确性有所提高。在此基础上, 综合变轨前后两类高度计测高数据的调和分析结果, 给出并分析了渤黄东海4 个主要分潮的同潮图。     

基于T/P和Jason-1/2卫星高度计海面高度数据获取南海同潮图的研究

随着卫星高度计资料的不断丰富,通过对卫星高度计所得潮汐调和常数进行插值或拟合得到潮汐同潮图成为可能。本文拟对T/P(TOPEX/POSEIDON)、Jason-1和Jason-2卫星高度计数据进行分析,得到南海区域星下观测点处四个主要分潮(M2、S2、K1和O1分潮)的调和常数,进而利用双调和样条插值方法对其进行插值,获取南海同潮图。首先,以1992～2016年T/P和Jason卫星高度计所得海面高度数据为基础,利用调和分析方法计算了南海星下观测点处M2、S2、K1和O1四个主要分潮的调和常数,并与40个验潮站数据进行了对比,最大矢量均差为4.99cm,说明分析所得调和常数与利用验潮站资料提取的调和常数的误差较小。进而采用双调和样条插值方法对星下点调和常数进行插值,得到了南海四个主要分潮的同潮图,所得结果与全球潮汐模型TPXO7.2模式结果的矢量均差分别为4.69、2.46、3.13和2.42 cm,与141个验潮站处观测结果的矢量均差分别为22.59、10.26、10.24和8.51 cm。此外,插值所得四个主要分潮的无潮点位置与前人研究结果相近。上述实验结果表明:利用双调和样条插值方法对卫星高度计所得调和常数进行插值能够获取较为准确的同潮图。     

基于18.6年卫星高度计资料对南海潮汐的分析与研究

利用TOPEX/Poseidon,Jason-1/2共18.6年卫星高度计资料(含变轨后资料),采用最小二乘调和分析法,提取南海12个分潮(Sa,Ssa,Mm,Mf,Q1,O1,P1,K1,N2,M2,S2和K2)调和常数,与沿岸及岛屿58个验潮站数据拟合较好。结果表明,采用更长时间序列的卫星高度计数据,尤其是增加变轨后的资料,分析所得结果得到明显改善。结合沿岸及岛屿264个验潮站数据,绘制4个主要分潮(M2,S2,K1和O1)的等振幅线和同潮时线,较好的展现了南海潮汐分布特征。     

利用T/P 卫星高度计资料调和分析南海潮汐信息

利用j,v模型调和分析1992～2002年共10 a的TOPEX/Poseidon(T/P)海面高度距平资料,提取了南海K1,O1,P1,Q1,M2,S2,N2和K2等8个主要分潮的潮汐调和常数。分析比较了卫星上下行轨道的19个交叉点的振幅和迟角,其中M2,S2,K1和O1的平均向量均方根偏差分别是1.5,1.1,2.5和1.4 cm;将交叉点的调和常数与TPXO7.2模式的结果进行了比较,结果表明M2,S2,K1和O1分潮振幅的绝对平均误差均小于3 cm,迟角的最大绝对平均误差为7.8°。选取了与卫星轨道较近的8个验潮站,对验潮站的实测数据调和常数和本文所得调和常数进行了比较,结果显示K1分潮的向量均方根偏差为4.7 cm,M2分潮的向量均方根偏差为3.7 cm。论文结果表明利用j,v模型调和分析方法对南海海域卫星高度计资料进行潮汐信息提取是可靠的,并可为局部重力场的研究提供海洋潮汐改正数据,有一定的参考价值。     

由卫星高度计数据确定南海长周期分潮及季节环流

应用1993～2002年的Topex／poseidon卫星高度计数据,经沿迹潮汐调和分析方法,提取Sa分潮调和常数。由调和常数内插得到南海及邻近海域分潮波模型。根据潮汐模型计算了各季节平均海面距平并进而计算了平均季节环流,初步分析了海面高变化和季节环流的特征。     

卫星高度计数据样本大小对潮汐信息提取的影响

对3颗高度计卫星TOPEX/POSEIDON(TP),Jason-1(J1),Jason-2(J2)自1992—2011年683个重复周期,共18.6年的数据进行分析,得到全球海洋潮汐调和常数,并重点分析了采用不同样本大小的卫星高度计数据对潮汐信息提取的准度和精度所带来的影响。研究结果表明,参与分析的卫星高度计数据观测样本数的增加可以降低其反演潮汐各分潮振幅时的误差。观测时间为18.6年的高度计数据调和分析所得的主要半日分潮与实测比较,其振幅差相比于利用10年数据的计算结果减小约0.5cm;但是由于忽略了卫星更替过程所带来的观测时间差来进行调和分析,将会对计算分析过程中产生的迟角误差造成影响,主要全日分潮的迟角误差增加约2°,而半日潮迟角误差的改变则比较小。本文进一步用理想化实验解释了造成这种迟角计算误差变化的原因,比较了轨道交叉点上,由卫星在升轨和降轨2个轨道上各自的观测数据计算得到的调和常数,发现随着参与分析的高度计观测样本数的增加,调和分析计算潮汐调和常数时的内符精度也会显著提高。利用18.6年数据比利用10年数据进行调和分析时,主要半日潮调和常数的精度提高了约7%。     

基于卫星高度计数据的全球海洋潮汐特征分析

本文基于长度为18.61年(1992-10-03～2011-04-29)的TOPEX/Poseidon,Jason-1及Jason-2卫星高度计沿轨数据,选择全球海域48943个计算点进行调和分析,提取了四大分潮(M2,S2,K1,O1)的潮汐调和常数.与分布在不同水深下的162个验潮站分析结果对比,四大分潮的矢量均方...     

提取分潮调和常数的新方法——正交方法

给出了提取潮汐调和常数的一种新方法--正交方法,并应用1992～1997年的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,提取中国海M2分潮调和常数.同时,利用最小二乘法来提取中国海M2分潮调和常数,两种方法结果比较渤海、黄海、东海海域M2分潮振幅、迟角的均方差分别是3.3 cm,3.6°;南中国海海域M2分潮振幅、迟角均方差分别是1.1 cm,1.7°,结果表明正交方法是一种可信的具有实用性的方法.     

东印度洋海域最优深度基准面模型构建

利用东印度洋海域周边长期验潮站实测数据、TOPEX/Poseidon等系列卫星测高反演结果,评估了DTU10,EOT11a,FES2014,GOT4.8,OSU12和TPXO8六种全球潮汐模型精度,根据卫星测高结果给出了浅水分潮改正量和长周期分潮改正量的经验模型,又在此基础上分析并构建了研究区域精度最优的深度基准面模型。考虑到全球潮汐模型在近岸的影响因素及验潮站位置,将13个验潮站分成开阔海域与近海海域两类,与潮汐模型的对比,结果表明,DTU10和FES2014模型分别在开阔海域和近海海域精度最优。根据潮汐模型在不同分潮处的精度,如EOT11a模型在O1和K1分潮处精度较高,DTU10在N2,M2,S2和K2分潮处精度较高等,分别构建了开阔海域与近海海域的组合深度基准面模型,计算得知误差分别为11.33和20.95 cm,其精度显著提高。     

全球大洋潮汐模式在南海的准确度评估

采用南海海域60个验潮站和22个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点的调和常数资料,对比了TPXO7.2、GOT00.2、NAO.99b和DTU10四种全球大洋潮汐模式M2、S2、K1、O1四个主要分潮调和常数在南海的准确度。为了准确评估这四种大洋潮汐模式在南海不同区域的准确度,本研究将南海分成了8个区分别进行了对比。结果表明,南海北部和东部区域,4个分潮都是DTU10准确度最高;南部区域,M2和O1分潮GOT00.2的偏差最小,S2和K1分潮DTU10的偏差最小。总体而言,在进行南海潮汐数值模拟选择开边界条件时,建议以DTU10模式为主,并利用GOT00.2模式作适当调整。还简单分析了南海M2、S2、K1、O1四个主要分潮的潮汐分布特征。     

TOPEX/POSEIDON高度计浅海潮汐混淆的初步分析

根据对卫星轨道特征和观测结果的分析,对TOPEX/POSEIDON(简称T/P)星载高度计在我国近海的潮致混淆现象进行了初步研究.分析表明,在浅海区T/P高度计的观测结果存在很强的潮致高频混淆.NASA分发的地球物理记录中所提供的潮汐订正值虽适用于大洋,但不能有效地除去浅海潮汐.虽然如此,T/P潮致混淆的主要频段的周期小于90d,因而可以通过滤波方法提取周期较长的海面高度季节信号,从而用于季节环流(如南海季风环流)的研究.采用FFT/IFFT方法滤波试验的结果显示,T/P的海面高度观测结果有很高的精度,滤波处理后的海面高度距平变化和地面潮位观测结果一致性良好,上、下行轨道交叉处相邻测点间的标准偏差在3cm左右,可满足南海环流研究的需要.     

JASON-1与TOPEX/POSEIDON卫星高度计数据在中国海和西北太平洋的一致性分析及印证

利用JASON-1和TOPEX/POSEIDON卫星高度计在相互校正阶段的观测资料,对两者在中国海和西北太平洋测得的海面风速、有效波高、后向散射截面、海平面高度等参数进行一致性分析;利用j,v模型及主要分潮的调和常数,对中国陆架浅海的JASON-1海平面高度数据进行浅海潮汐修正,使用验潮站月平均水位资料对修正结果加以印证。结果显示,2颗高度计观测的海洋环境参数具有强相关性,JASON-1具备了完成延续TOPEX/POSEIDON数据集这一使命的条件。但是,2套系统对于同一海洋环境参数的观测还是存在不能忽略的差异,对这种差异进行了分析,并给出了修正模型。所使用的浅海潮汐修正方法有效地抑制了中国陆架浅海潮波对海平面高度反演的影响,所使用浅海水域的5个验潮站月平均水位资料与JASON-1高度计经过浅海潮汐修正后的海平面高度的相关系数为0.738,标准偏差为0.096m。通过进一步融合JASON-1和TOPEX/POSEIDON在并行飞行期间的海平面高度数据并与验潮站资料比较显示,两者的相关系数提高到0.83,标准偏差为0.067m。     

南海主要分潮振幅变化趋势再探

潮汐变化研究对于沿海地区海洋工程、洪涝灾害预防和海洋资源开发利用等各方面都有着非常重要的意义。之前的潮汐变化研究主要基于多年逐时验潮站观测,而验潮站数据无论是站点的个数还是站点的位置,都存在很大的局限性,这对我们研究海盆尺度的潮汐变化规律形成了一定程度的阻碍。前人基于25年的T/P-Jason卫星高度计数据发现南海中央深海海盆主要分潮振幅存在异常大的趋势,这是由于中尺度海洋运动对潮汐调和分析干扰导致的虚假结果。本文首次使用了X-TRACK软件处理过的长达27年的T/P-Jason卫星高度计观测来研究整个南海的主要分潮振幅的长期趋势。经过X-TRACK处理后的卫星观测数据在整个南海的准确性和完整性都有了显著的提升。同时,我们使用了权重最小二乘法来消除长周期采样导致的潮汐混淆的影响。我们发现在南海大部分海域,4大主要分潮的振幅都存在显著的变化趋势。振幅和迟角变化的极值主要分布在吕宋海峡西部、马六甲海峡和台湾海峡等水深和岸线变化剧烈的近海海域,振幅最大的上升趋势可达2.75 mm/a,振幅最大的下降趋势可达–2.16 mm/a。南海主要分潮振幅的长期趋势与河流径流以及人类活动密切相关。     

引入差比关系法分析西北太平洋TOPEX/POSEIDON卫星高度计测高数据

TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计数据信息中存在周期成分混淆问题.对其中的一类混淆引入差比关系方法对混淆的分潮进行分离.卫星轨道交叉点资料包括升轨和降轨资料,资料量比沿轨点资料多1倍,经分析发现:在已有为期6a多的观测资料时间序列中,在沿轨处混淆的分潮如K₁和SSA在交叉点处不再混淆,可以直接分离.因此首先对交叉点资料进行调和分析.然后由交叉点的分析结果得到分潮间的差比关系,处理到相近的沿轨点处,从而得到沿轨点的调和常数.用引入差比关系方法,对西北太平洋海区6a多的T/P卫星高度计资料进行了潮汐分析,并与沿岸及岛屿验潮站资料进行了比较,所得结果较满意.     

南海潮汐主要分潮振幅变化趋势研究

潮汐变化研究对于海洋工程、沿海地区洪涝灾害预防、海上交通等各个方面都有着重要的意义。由于验潮站都集中在近海,所以之前潮汐变化研究主要集中在近海海域。相比之下,深海地区由于长期高频水位观测的缺乏导致相关的潮汐变化研究非常少。基于近海验潮站数据和深海卫星高度计数据,本文首次用非平稳潮汐调和分析工具包S_TIDE提取了南海4大主要分潮(M₂、S₂、K₁、O₁)振幅的长期趋势。研究发现在南海大部分地区,4大主要分潮的振幅都是比较稳定的,不存在显著的上升趋势或下降趋势。在南海少部分地区4大主要分潮的振幅存在显著的趋势,最大的上升趋势可达2.91 mm/a,最大的下降趋势可达3.50 mm/a。该海域潮汐的长期趋势可能与内潮海表面信号的变化有关。卫星观测到的潮汐既包含正压潮,也包含内潮海表面信号。南海作为全球内潮活动最活跃的海域之一,其内潮海表面信号是非常显著的。而内潮对海洋层化的变化是非常敏感的,海洋层化的变化会影响内潮的生成、传播和耗散以及内潮在海表的显示,最终引起该海域潮汐振幅的长期趋势。     

印度尼西亚海域潮波的数值研究

基于ROMS模式构建了模拟区域为(15.52°S-7.13°N,110.39°~134.15°E)水平分辨率为2′的潮波数值模式,分别模拟了印尼海域M2、S2、K1、O1四个主要分潮。模拟结果与29个卫星高度计交叠点上的调和常数进行比较,符合较好。M2分潮的振幅均方根差为3.4cm,迟角均方根差为5.9°;S2分潮的振幅均方根差为1.7cm,迟角均方根差为6.3°;K1分潮振幅均方根差为1.1cm,迟角均方根差为5.8°;O1分潮振幅均方根差为1.2cm,迟角均方根差为4.4°。M2、S2、K1、O1分潮向量均方根差分别为3.8cm、2.4cm、1.9cm和1.3cm,模拟结果的相对偏差在10%左右。根据计算结果分析了印尼海域的潮汐特征及潮能传播规律,结果显示:爪哇海以外的印尼海域主要为不规则半日潮区;全日潮潮能主要由太平洋传入印尼海域,而半日潮潮能则是从印度洋传入印尼海域。     

利用验潮站数据进行三种潮汐模型的精度分析

采用全球分布的565个验潮站水位资料对NAO.99b,CSR4.0和TPXO7.2三种潮汐模型进行精度评估。结果表明:在全球海洋范围内,NAO.99b模型精度最高;在黄海海域,TPXO7.2模型的精度最高;在东海和南海海域,则是NAO.99b模型最优;在深海海域,三种模型精度差异不大;在浅海海域,采用同化方法的潮汐模型比采用经验方法的潮汐模型更有优势。     

渤海M2分潮的伴随模式数值实验

根据渤海海域内M2潮汐调和常数的实测值,采用伴随方法来反演出开边界处的潮汐调和常数.为了取得较好的数值模拟结果,同时对给定的底摩擦系数进行了校正并对水深进行了微调.做了4个实验,并分别计算出调和常数的实测值与模拟值之差的绝对平均值:(1)只用19个验潮站的潮汐调和常数;振幅差为2.4cm,迟角差为5.0°.(2)只用37个观测点的高度计资料;振幅差为4.4cm,迟角差为5.7°.(3)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和37个观测点的高度计资料;振幅差为5.5cm,迟角差为8.5°.(4)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和14个观测点的高度计资料;振幅差为3.3cm,迟角差为5.6°.4个实验结果都较好地体现了渤海M₂潮波的特征.     

湛江近海M2分潮的数值模拟

利用潮汐模型,在高分辨率的自适应曲线网格下,采用潮汐调和常数作为控制模拟精度的方法,模拟了洪江附近海域M2分潮的运动特征。模拟所得的潮汐调和常数同实测值相比,误差较小。根据模拟结果绘制的M2分潮的同潮图,揭示了湛江附近海域M2分潮振幅和迟角的分布特征以及M2分潮的传播和发展规律。模拟得到的M2分潮分别在涨憩、落憩、涨急和落急几个典型时刻的流场,揭示了湛江附近海域M2分潮潮流的分布特征及其运动规律。