高度计波高数据同化对印度洋海域海浪模式预报影响研究

为提高海浪模式预报的精度,改善初始场是途径之一。研制了基于最优插值(OI)方法的海浪数据同化并行程序模块,并将其植入第三代海浪模式WAVEWATCH IIITM,建立了印度洋海域海浪同化预报方法,使用卫星高度计波高数据进行了同化预报试验。OI模块的并行设计使得植入同化模块的海浪模式仍能以并行方式运行。文中5°S以北印度洋海域为目标区域,嵌套在WAVE-WATCH IIITM的全球网格中,使得目标区域开边界条件得到较好解决。同化数据使用Jason-2高度计测量有效波高(SWH)沿轨数据。海浪同化预报模式由大气模式WRF(Weather Research andForecasting)输出的1小时一次的海面10 m风场驱动。将同化的模式结果(SWH)、无同化的模式结果(SWH)分别与高度计沿轨数据(SWH)进行比较,表明同化改善模式预报初始场的效果是明显的。以同化初始场出发进行海浪预报试验,结果表明,高度计波高数据同化在一定程度上可改进海浪短期预报的精度。     

JASON-2卫星高度计波高数据同化对中国渤黄海海浪数值预报影响研究

利用原国家海洋局北海分局浮标所测有效波高数据对Jason-2卫星高度计所测有效波高数据进行验证,采用50km空间窗和0.5h时间窗,得到219个时空配准点。对配准结果进行统计分析表明,Jason-2卫星高度计测得有效波高与浮标测量结果存在-0.277m的偏差,均方根误差为0.372m。利用最小二乘回归(OLR)对Jason-2有效波高数据进行校正可使其均方根误差下降至0.247m,减少34.5%。基于第三代海浪模式WAVEWATCH III对Jason-2有效波高数据进行最优插值同化试验,其中背景误差相关函数取为指数形式,相关距离尺度选为500km。与浮标观测数据比较表明,同化后模式有效波高均方根误差比未同化时减少11.56%,,能够有效地改善模式精度。以此为初始场进行为期3d的数值预报实验。与未同化实验相比,卫星高度计有效波高数据同化对模式0～72 h预报有不同程度的改善,改善程度随预报时间的增加而降低。     

HY-2卫星高度计波高资料在集合最优插值同化中的应用研究——以台风“Lipee”为例

基于海浪模式SWAN（Simulating Waves Nearshore）,以台风“Lipee”为例,开展了集合最优插值（EnOI）同化HY-2卫星高度计有效波高（SWH）资料的台风浪数值预报影响研究。结果表明,利用HY-2卫星高度计波高资料结合EnOI方法进行同化,可有效改善海浪初始场质量,同化对绝对误差的改进可达15%,均方根误差改进14%。同化对预报误差、均方根误差都有一定程度的改进,其中在0~24 h预报时效内的改进最为明显,绝对误差可改进12%,均方根误差改进13%。研究结果不仅可为海洋预报、同化提供参考,而且可为进一步加强HY-2卫星高度计资料的应用提供技术支持。     

卫星高度计波高资料的同化试验分析

结合经验的台风风场模型和NCEP再分析资料构造了南海台风风场,并以此作为一个第三代海浪模式的输入模拟了1999年约克(York)台风经过南海时所产生的台风浪场.模拟结果显示,尽管文中构造的南海台风风场比较接近真实的风场,但模拟出的台风浪场相对于TOPEX/Poseidon高度计的观测波高仍有一定差异,因此进而采用了一种简单的最优插值同化方法,开展了波高资料的初步同化试验.试验结果显示,资料同化显著地改进了海浪模式的(后)预报精度,而这种改进在涌浪区更加显著,同化有效维持时间大约是43h.     

北印度洋海浪背景误差分析和同化预报初步评估

基于背景误差分析中的观测法,利用Jason-1卫星高度计沿轨有效波高数据并结合Wave Watch Ⅲ海浪模式预报结果,进行北印度洋海域海浪背景误差分析,得到海浪场背景误差方差和各向同性假设下背景误差相关长度的时空分布特征。按经验函数拟合该海域有效波高背景误差协方差时总残差平方和最小的原则给出了更为适用于该海域的描述公式。在上述工作基础上,采用最优插值同化方法将Jason-1和Jason-2卫星高度计有效波高数据连续同化到海浪模式Wave Watch Ⅲ,按业务化标准对2013年1月北印度洋海域的海浪场进行了同化预报试验,经浮标数据检验发现同化可使海浪24 h预报得到明显改进。     

TOPEX卫星高度计有效波高数据分析与极值统计预报

利用TOPEX卫生高度计测量的有效波高资料，对中国近海9个海域进行了卫星主度计的C，Ku两波段测量值的比较分析与处理,出合理的有效波高数值。利用三参数Weibull分布，以渤海海域、上海附近海域和南海东部海域的作为特定区进行有效波高的极值统计预报，并进行了统计分析。     

用插入观测法将高度计观测同化到海浪模式WAM中

本文讨论了海浪数值预报的特殊性,分析了卫星高度计观测的特征,指出了如何用插入观测法同化卫星高度计观测的有效浪高和海面风场,介绍了Ｔｈｏｍａｓ,Ｊａｎｓｓｅｎ等人和Ｌｉｏｎｅｌｌｏ等人的同化研究,并在结尾作了讨论和总结。     

TOPEX高度计数据反演北太平洋海浪周期

利用TOPEX高度计和NDBC浮标同步观测数据,对7种高度计海浪周期反演模型进行了系统的比较分析,从反演模式的精度、反演周期整体分布、周期-波高的联合分布等方面对反演模型做出了评价,并根据墨西哥湾和夏威夷海域反演结果对模型的区域适应性进行了验证,结合Hasselmann风浪充分成长关系分析了不同海浪成分下模型的反演效果。分析发现,Mackay等于2008年提出的算法(简称M08)相对于其他算法精度最高,且在不同海域和不同海浪成分下精度没有明显差异。利用M08算法反演了北太平洋海域的海浪平均周期分布,讨论其空间分布特征和季节变化特征如下:北太平洋海域的平均周期在墨西哥湾、西里伯斯海等沿岸地区较小,在西风带海域为较大,并存在明显的地形、纬度差异和季节性变化特征。     

西北太平洋灾害性海浪的监测和预报

一、灾害性海浪监测和预报的意义 灾害性海浪是指由于强烈大气扰动形成的巨浪（有效波高≥4m）,是造成海难事故的最主要原因,它给海上航船、军舰和海上石油平台以及沿岸港工和军事建筑等带来巨大威胁,中外历史上由灾害性海浪造成的严重事故不胜枚举。1780年英、美海军在安的列斯群岛附近海战时,突然遭遇大飓风的袭击,双方并未接战就被巨浪卷沉400余艘战舰,死亡4万余人。第二次世界大战期间1944年12月17日,美国海军第三舰队在菲律宾以东洋面,遭到巨大台风浪的袭击,在海面高达18.3m的怒涛中舰身横摇十分剧烈。在近两天的海难中舰队损失惨重,有790名官兵丧生,3艘驱逐舰沉没,100多架飞机被毁。1955～1982年的28年时间里全球因巨浪发生的石油平台翻沉事故有36起,平均每年1～2座,最多的一年有8座。我国类似的海难事故也有发生,70年代末80年代初有2台石油钻井平台分别沉浸于渤海和南海,丧生百余人。经济损失惨重。从1949～1982年的34年时间里就我国近海由恶劣海况翻沉的船只就有2000多艘。据日本报道,从1969～1982年的14年时间里,就有     

海浪同化预报模型理论基础

将共轭变分同化方法应用于 LAGFD- WAM海浪数值模式 ,导出了海浪谱能量平衡方程的共轭方程以及风输入、破碎、底摩擦、波波非线性相互作用和波流相互作用的相应共轭源函数 ,建立了海浪同化模型 ,数值计算仍采用特征线嵌入计算格式 ,为合成孔径雷达波谱反演资料和卫星高度计有效波高资料同化奠定理论基础     

中国HY-2卫星雷达高度计有效波高真实性检验

Chinese Haiyang-2(HY-2) satellite is the first Chinese marine dynamic environment satellite. The dual-frequency(Ku and C band) radar altimeter onboard HY-2 has been working effective to provide operational significant wave height(SWH) for more than three years(October 1, 2011 to present).We validated along-track Ku-band SWH data of HY-2 satellite against National Data Buoy Center(NDBC) in-situ measurements over a time period of three years from October 1, 2011 to September 30, 2014, the root mean square error(RMSE) and mean bias of HY-2SWH is 0.38 m and(–0.13±0.35) m, respectively. We also did cross validation against Jason-2 altimeter SWH data,the RMSE and the mean bias is 0.36 m and(–0.22±0.28) m, respectively. In order to compare the statistical results between HY-2 and Jason-2 satellite SWH data, we validated the Jason-2 satellite radar altimeter along-track Ku-band SWH data against NDBC measurements using the same method. The results demonstrate the validation method in this study is scientific and the RMSE and mean bias of Jason-2 SWH data is 0.26 m and(0.00±0.26) m,respectively. We also validated both HY-2 and Jason-2 SWH data every month, the mean bias of Jason-2 SWH data almost equaled to zero all the time, while the mean bias of HY-2 SWH data was no less than –0.31 m before April2013 and dropped to zero after that time. These results indicate that the statistical results for HY-2 altimeter SWH are reliable and HY-2 altimeter along-track SWH data were steady and of high quality in the last three years. The results also indicate that HY-2 SWH data have greatly been improved and have the same accuracy with Jason-2SWH data after April, 2013. SWH data provided by HY-2 satellite radar altimeter are useful and acceptable for ocean operational applications.     

基于漂流浮标的南大洋卫星高度计有效波高研究

随着技术的进步和数据处理方法的完善,经过修正的卫星高度计数据已获得普遍认可.但在南大洋缺少波浪现场数据,卫星高度计在极端恶劣气候条件下获得数据的准确度仍受到一定程度的质疑.中国于2020年第36次南极考察中,在南大洋布放了一套感应耦合漂流浮标,可提供可靠的南大洋现场波浪数据.本文利用该漂流浮标2020年1月27日至9月...     

Shenzhou-4 spaceborne altimeter waveform processing and significant wave height retrieval

1IntroductionSZ-4spaceborne,launched on30December2002,is the fourth unmanned spaceborne of China.Multimode microwave remote sensor is its primaryload,of which the altimeter mode is the most impor-tant one.During about five months,a large numberofSZ-4altim…     

HY-2A卫星高度计有效波高信息提取业务化算法

2011年8月16日我国成功发射了第一颗自主海洋动力环境卫星HY-2A,有效波高是其搭载的雷达高度计可获取的重要海洋动力环境参数之一。本文详细介绍了应用于HY-2A雷达高度计的有效波高信息提取业务化算法,该算法通过迭代最小二乘拟合方法提取有效波高信息。同时,基于HY-2A雷达高度计业务化运行获取的有效波高数据,分别与Jason-2卫星高度计有效波高和NDBC浮标海浪波高数据进行了比对分析。比较结果表明,HY-2A雷达高度计与Jason-2有效波高的标准偏差为-0.26m,RMS为0.58m;HY-2A高度计与NDBC浮标数据间的标准偏差为-0.22m,RMS为0.37m。结果证明了目前应用于HY-2A雷达高度计业务化运行中的有效波高信息提取算法的可行性。     

利用TOPEX卫星高度计资料分析东中国海的风、浪场特征

利用TOPEX卫星高度计和日本气象厅浮标观测资料,对东中国海的有效波高和风速进行比较,分析了卫星高度计资料的有效性。利用有效波高和风速的3种概率密度函数分布,结合TOPEX卫星高度计资料,并采用最大似然方法对统计分布参数进行估计,结果表明,有效波高的对数-正态概率密度分布与观测资料的直方图在有效波高的整个范围内符合较好,风速的直方图与Weibul概率密度分布符合较好。同时,分析了有效波高大于4 m的巨浪在东中国海的时空分布特征,表明巨浪多出现在冬、秋两季,平均有效波高最大值出现在夏季,且主要分布在东中国海东南部。     

Plane wave fitting of the internal tidal sea-surface height signatures extracted from the TOPEX/Poseidon altimeter data along satellite tracks

The sea-surface height (SSH) signatures of internal tides extracted from the TOPEX/Poseidon (T/P) altimeter data along satellite tracks are fitted with superposition of several plane waves which have different wavenumber vectors. The key problem of plane wave fitting with iterative method is how to determine the initial value of wavenumber of each plane wave. The previous solving method is to analyze the internal tidal SSH signatures along each track with wavenumber spectrum. But it is found that the problem cannot be solved completely with the wavenumber spectrum analysis method only. The method based on the combination of wavenumber spectrum analysis method and the exhaustive method is proposed to determine the initial values of wavenumbers for iteration. Numerical results indicate that the proposed method is not only reasonable and feasible but also better than the previous method. The proposed method is an improvement of the previous one, which is beneficial to improving the precision of plane wave fitting of the T/P internal tidal SSH signatures and deepening the understanding of the internal tides in ocean.