测高重力场反演海底地形方法比较

根据重力异常与海底地形的相关性,利用日本西之岛附近海域内的重力异常和船测水深,分别采用SandwellSmith方法(SS,1994)和重力地质法(GGM)反演了该海域内1'×1'海底地形模型,并将反演的模型与格网化船测水深模型和ETOPO1模型进行了对比分析。在GGM中,使用了迭代法向下延拓确定密度差常数为5.7g/cm~3。与SS模型相比,GGM模型与格网化船测水深模型的差值的标准差达到了37.10m。     

高精度测高重力场反演南海海底地形

随着测高技术的不断发展,测高海洋重力场的精度不断提高,由其反演计算的海底地形精度也相应提高。利用Sandwell 2014年最新发布主要由Jason-1末期大地测量任务和Cryosat-2观测资料反演的测高重力场V23.1,采用重力地质法(GGM)反演了中国南海海域海底地形模型,并对结果进行了精度评价。该过程中首先直接计算一系列密度差下的反演结果,并通过船测数据检核选定优化的密度差范围,然后利用向下延拓的方法确定了最优密度差异常数为7g/cm3。与船测水深数据相比,反演得到的GGM模型与检核点船测水深数据差值的标准差达到了±70.32m;此外,还计算了由测高重力异常V15.2反演的海底模型,比较这两个模型发现:测高重力场短波部分的改善对海底地形反演精度的提升作用有限,为得到更高精度的海底地形模型,需引入短波更为敏感的重力梯度资料。     

基于重力地质法反演南海海底地形

基于重力地质法(GGM)采用卫星重力异常数据反演了中国南海112°E~119°E,16°N~20°N范围1'×1'的海底地形模型,通过船测水深数据的直接格网化结果和ETOP01模型的检核进行了精度评价。结果表明,GGM模型较船测水深的直接格网化结果更为精细,在船测控制点分布均匀的海域,GGM模型能获得比ETOP01模型更高的精度。为进一步验证GGM模型受海底地形特征影响的情况,采用GGM模型与ETOP01模型分别内插出9356个检核点处的水深,并统计得到两模型差值的较差结果平均值为19.560m,标准差为130.156m,相对精度为4.79%。经分析得出:GGM模型与ETOP01模型在坡度变化平缓深海区有着较好的一致性,随着水深的依次变浅,二者的差异逐渐显现,在多海山的海域差异达到最大。最后,为充分发挥重力地质法在海底地形反演中的优势总结了其最佳适用条件。     

南海海底地形的卫星测高数据反演

深入讨论了重力异常与海深的关系 ,在考虑地壳均衡补偿效应影响的基础上 ,推导了由重力异常用FFT技术计算海深的模型。最后 ,利用推导的模型联合测高卫星数据和海洋重力资料反演了中国南海 2 5′× 2 5′海底地形     

应用重力地质法反演马里亚纳海沟地形

根据重力地质法(Gravity Geological Method, GGM),利用6 736个已知水深点数据和卫星测高重力异常反 演了马里亚纳海沟(142^°36^''~147^°18^''E,23^°~27^°N)1^''×1^''分辨率的海底地形,该计算中的密度差常数为1.20 g/cm³。将反演的地形与实测检核水深数据相比,两者较差标准差为152.9 m,平均误差为(±3.0) m,均方差为153.0 m,优于ETOPO1模型和直接把船测水深控制点格网化后的模型。将重力地质法反演的模型、ETOPO1模型、直接格网模型进行功率谱密度分析,结果显示3种模型在中长波地形能量一致,但对于短波地形,重力地质法模型能量高于其他2个模型,说明重力地质法更能描绘细致的海底地形地貌。选取2条测线与重力地质法模型进行对比研究,结果表明重力地质法在海底地形起伏小的区域优于在海底地形起伏较大区域的反演效果。     

卫星测高资料在反演海底地形中的应用

首先论述了利用卫星测高数据反演海底地形两类常用算法即解析算法和统计算法的基本原理和数学模型，在此基础上基于最小二乘配置理论，提出了统计算法的改进模型，使用新模型在南中国海地区进行了海底地形反演计算，并将反演结果与实际船测水深进行比对，进一步验证改进模型的可靠性和有效性。     

基于地形单元分区的BP神经网络反演海底地形

海底地形和海洋重力场在一定波段频率域上存在相关性,传统海底地形反演方法主要考虑海底地形与重力数据之间的线性关系,而忽略非线性项作用对反演结果的影响。基于此,提出了基于海底地形单元分区的BP神经网络反演方法,改善海底地形反演精度。选取东印度洋北部东经90°海岭附近海域(83°E～92°E,10°S～10°N)为实验区,利用船测水深、卫星测高重力等数据,根据地形特征将实验区分为海盆区和海岭区,使用BP神经网络方法分别进行海底地形反演,构建了实验区1′×1′局部海底地形模型。结果表明,基于地形单元分区的反演结果模型平均相对误差精度可达1.45%,比未分区的反演结果均方根误差降低了42 m,验证了本文方法的有效性和可行性。     

用卫星测高资料反演大尺度海底地形

本文在分析卫星测高应用潜力的基础上,提出了利用卫星测高资料反演大尺度海底地形的新思路,研究了匹配滤波法、垂线偏差剖面法的原理及优缺点,提出了带约束的线性回归法和带约束的曲面拟合法,并且,根据我们在反演中的体会,指出了几点提高反演精度的途径。     

联合重力异常和重力垂直梯度异常数据反演皇帝山海域海底地形

海底地形对开展海洋科学调查和研究十分重要。以多波束为主的回声测深技术测量成本高且效率低,几十年来仅实现了全球约20%的海床测绘。对于空白区（特别是深海区域）,可以借助重力异常和重力垂直梯度异常进行回归分析反演得到,但该方法得到的比例因子鲁棒性不强。为了解决这一问题,同时考虑到两种重力数据在表征海底地形长短波长的不同优势,本文结合滑动窗口赋权和稳健回归分析来反演海底地形。在太平洋皇帝山海域（35°～45°N,165°～175°E）的实验结果表明：在船测检核点处,本文构建模型的标准差为61.02 m,相比于单一重力数据反演模型,精度分别提高了14.92%（重力异常）和2.08%（重力垂直梯度异常）,能较好地反映皇帝海山链的地形走势。     

重力信息反演海底地形的非线性影响研究分析

基于Paker理论导纳函数模型,研究分析了频率域海底地形非线性项对重力异常与重力异常垂直梯度贡献的量级。通过对日本某海域数值实验结果表明,频率域海底地形非线性项对重力异常的影响需要考虑到三次项,对重力异常垂直梯度量级的影响需要考虑到四次项。研究结果对于提高利用重力异常和重力异常垂直梯度反演高精度海底地形具有应用价值。     

日照港西部海域海底地形与表层沉积特征

利用单波束测深仪和蚌式取样器进行了日照石臼港扩建码头西侧约50km~2海域1:2 000~1:10 000的水深地形测绘和底质分析工作。调查结果表明,日照港西部海域可分4个水深区,其地形和沉积特征如下:1)航道区,浅水航道区等深线平行于码头岸线,水深11m,经过疏浚已形成向南倾斜的四级阶梯地形,疏浚中心处水深24m。航道区底质以分选中等的砾砂为主;2)港池区,水深6 m,等深线与港池岸线平行,水深向南渐增,海底地形平坦,坡降比3‰。底质以分选较好的粉砂和砂质粉砂为主,近岸有少量分选较差的泥质砂质砾;3)涛雒-付疃河口区,水下三角洲地形明显,5m以浅等深线呈弧形向东南方向凸出,坡降比最大可达14.2‰,底质类型为分选极好的砂和粉砂质砂;4)浅海区,海底地形平坦,平均坡降比1.9‰,6~10m等深线呈NE-SW向平行向外海增大,近南扩码头端向东偏转,底质类型为分选好的砂质粉砂和粉砂,并呈平行于海岸线向深水区呈粗-细-粗的带状分布。底质类型分布与水深条件基本吻合,但深水区出现的底质粗化现象,分析认为可能与南扩码头的挑流作用有关,海底沉积物呈向南运移趋势。     

浅论海面地形特征的形成机制

本文从地热学、海洋学、气象学、物理海洋学和海底构造学角度,探讨了海面地形特征的形成机制。研究表明,形成海面地形起伏差异的主要因素有以下三个:一是有特殊的热量来源,二是有保持热量不流失的外部条件——特有的地貌特征和海底地形,三是有特殊的海流影响。     

两种测高重力异常反演海底地形方法比较

针对基于测高重力异常反演海底地形理论众多、选取标准无法确定的情况,利用中国南海海域内的测高重力异常和船测水深数据研究比较了重力地质法(GGM)和Smith&Sandwell (SAS)法两种精度高、计算速度相对较快的海底地形反演理论。其中,GGM方法的密度差异常数Δρ由向下延拓技术确定为2.15 g·cm^-3,SAS方法采用移去-恢复技术得到反演波段内重力异常和水深数据。结果表明:测线分布条件一定时,水深多在-1 000 m左右或反演区域岛礁、海山等复杂海底地形较多时选取SAS方法,水深主要在-3 000 m以深的区域或海底地形复杂程度不高时选取GGM方法则能获取更好的效果,其效果最优处与船测水深在检核点处的差值最优平均值能达-0.61 m,标准差可达14.67 m。     

几款全球海底地形模型比较分析

近几十年,随着卫星测高技术和相关数据精密处理技术发展,依托卫星测高技术业已成为快速获取全球海底地形数据的可靠手段,国内外相关组织机构已发布了一系列全球海底地形模型。整理评述了多款全球海底地形的基本情况,以及相互间的内在联系,包括DBDB系列模型、ETOPO系列模型、Sandwell系列模型、GEBCO系列模型、SRTM+系列模型、EARTH地形球谐系数模型、BAT_VGG模型、BAT_WHU2020模型、STO_IEU2020模型等。通过对全球海底地形模型的认识和梳理,以期为下一步全球海底地形模型高效、低成本构建提供方法参考。     

庙岛南部海域海砂开采对海底地形的影响

利用庙岛南部海域海砂开采区海底地形实测资料,对比分析了海砂开采过程中历年来海底地形地貌的特征变化,发现采砂活动并未引起该区水深发生较大变化。由于动态补偿作用,采砂以后在潮流和波浪的共同作用下,周围海域的泥沙将不断向采砂导致的深槽内填充,并使深槽逐渐变浅。输沙量计算结果表明,长岛海域净供砂量为9.0×104 m3/a。从输沙方向看与潮流和波浪的影响及海底地形的走向密切相关。目前开采量小于3.3×104 m3/a,如果按照目前采砂规模,保证安全生产,采砂工程不会对海底地形、海岸地貌造成明显的影响。     

多源数据推求的西太平洋区域海面动力地形比较分析

简述利用空间大地测量观测数据和海洋水文数据推求海面动力地形的方法。基于EGM96重力场模型和卫星重力恢复的重力场模型GL04C,联合卫星测高平均海面高模型分别推算西太平洋海域的平均海面动力地形,并与根据海洋水文数据推算之结果进行比较分析。结果表明:卫星重力场模型GL04C更好地表现了海面地形的细节特征。卫星重力和卫星测高的联合应用将成为确定海面动力地形的有效途径之一。     

埕岛海域浅水区人工构筑物周边海底地形演化与海洋灾害地质现象关系研究

高分辨率的回声测深、旁侧声纳及3．5kHz浅地层剖面的探测发现：埕岛海域浅水底坡人工构筑物周边沉积物块体运动极为发育。这种使局部浅水区浅层沉积物向深水洼地填充的沉积物再搬运营力，大大减缓了埕岛海域浅水区人工构筑物周围水力冲刷凹坑的水深增大幅度，而凹坑边缘区域在沉积物块体运动、海洋水动力侵蚀和底床固结沉降的共同作用下，水深平均增加幅度高达0．4m／a，“凹坑”面积逐年扩大，边坡坡度平均每年以5‰减缓。     

西太平洋海域卫星测高重力异常反演与精度评估

联合T/P、ERS1/GM、ERS1/ERM、ERS2/ERM、GEOSAT/ERM、GEOSAT/GM等多源卫星测高数据,基于逆Vening-Meinesz公式和EGM2008模型,采用移去-恢复方法和快速傅里叶变换算法构建了中国西太平洋海域(0°~40°N,105°E~145°E)1'×1'重力异常模型,选取两个不同特征区域航线,将构建的重力异常模型、EGM2008重力异常模型、美国Scripps海洋研究所重力异常与船测重力数据进行比较分析。结果表明,构建的重力异常模型与船测重力总体趋势变化较为一致、与船测重力比较均方根差为4.16m Gal,总体精度与EGM2008模型重力异常、美国Scripps海洋研究所重力异常相当,反演精度和分辨率达到国际领先水平。