利用GOCE重力场模型确定全球稳态海面地形及表层地转流

稳态海面地形(MDT)是大地测量学家和海洋学家共同关心的一个重要物理量.该文基于WHU2009全球平均海面高模型和GO_CONS_GCF_2_TIM_R3纯GOCE重力场模型,采用几何法经高斯滤波处理后确定了全球稳态海面地形,与CLS09及DTU10 MDTs相比,其差值均方根RMS均小于8 cm,表明该文结果具有较高的精度;根据地转流方程计算了相应的表层地转流,与GRACE重力场模型GGM03S结果相比,GOCE重力场模型所确定的表层地转流在墨西哥湾流、黑潮及厄加勒斯海流等海域均体现了更强的流速和更多的细部特征,验证了GOCE在洋流探测中的优势.     

利用卫星测高、GRACE和GOCE资料估计全球海洋表面地转流

重力恢复和气候试验GRACE(gravity recovery and climate experiment)卫星极大地提高了地球重力场的精度和分辨率,特别是中长波分量,联合卫星测高数据可获得全球海洋表面大尺度洋流循环。另外,新一代地球重力和海洋环流探测卫星GOCE(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)于2009年3月成功发射,采用卫星重力梯度测量原理,对重力场的高频部分非常敏感,使其高分辨率监测全球海洋循环成为可能。本文利用1~7年GRACE观测数据确定的重力场模型和18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3,联合卫星测高确定的平均海面高模型MSS_CNES_CLS_11,分别估计全球海洋表面地转流,并且与实测浮标数据结果进行比较。分析表明GOCE重力卫星确定的重力场模型具有更高的空间分辨率,能够确定高精度和高空间分辨率的全球海洋地转流,如墨西哥湾暖流的细节和特征,并且与实测浮标结果基本一致。而基于1~4年GRACE观测资料的模型不能很好估计全球地转流特征,基于7年GRACE观测资料的重力场模型ITG-Grace2010s确定的全球地转流的精度仍低于18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3的结果,估计的全球地转流仍含有较大的噪声,不能很好地反应中小尺度地转流细节特征。并计算ITG_Grace2010s和GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的内符合精度,结果显示,在全球范围内,GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的精度都比ITG_Grace2010s结果的精度有着很大的改善,其中ITG_Grace2010s的稳态海面地形的精度为21.6cm,而GOCE_TIM3的结果则为7.45cm,ITG_Grace2010s的全球平均地转流的精度为40.7cm/s,而GOCE_TIM3的结果则为19.6cm/s。     

瞬时海面高模型及其在地球同步卫星定位中的应用

首先给出了两种瞬时海面高模型并进行了精度分析。通过模拟定位,验证了这两种模型在地球同步卫星定位应用中的可行性。最后讨论了这两种模型在地球同步卫星定位中的应用前景,指出了进一步提高这两种模型精度的关键。     

利用T/P卫星测高资料构造中国近海及邻域平均海平面和海面地形

在对T/P卫星4年1992年10月–1996年10月测高数据的编辑及预处理基础上,采用stacking处理技术构造出中国近海及邻域（0°–40°N,105°–135°E）相对于GRS80参考椭球的30'×30'年平均海平面,其总体精度达到±8.3cm（均方根）水平。验证了中国近海及邻域的平均海平面在总体上呈东南高、西北低的趋势。利用JGM-3和OSU91A混合模型的重力大地水准面,直接从平均海平面中扣除大地水准面起伏的影响,并采用“剪切”法得到中国近海及邻域完整到20阶次的海面地形模型的球谐函数表达式,验证了中国近海及邻域海面地形在总体上为正的格局,并对其构造特征作了初步探讨。     

基于卫星测高的中国近海及邻域海面地形研究

为得到中国近海及邻域精度较高的海面地形,同时尽可能减少滤波对海面地形精度的影响,提出了联合卫星测高潮汐分析与XGM2019e地球重力场模型确定海面地形的方法,首先通过T/P系列(包括Jason-1、Jason-2、Jason-3)卫星测高数据潮汐分析得到沿迹点平均海面高,从中扣除根据XGM2019e重力场模型计算相应沿迹点上的大地水准面高得到沿迹点海面地形,最后通过Kriging插值和Gauss滤波得到研究区域内30′×30′海面地形模型。与DTU22同区域海面地形对比整体差异为±4.49 cm,与沿岸长期验潮站实测海面地形对比整体精度为±4.56 cm,高精度的海面地形为研究海流的变化提供了现实依据。     

利用T/P卫星测高资料构造中国近海及邻域平均海平面和海面地形

在对T／P卫星4年1992年10月-1996年10月测高数据的编辑及预处理基础上,采用stacking处理技术构造出中国近海及邻域（0°—40°N,105°—135°E）相对于GRS80参考椭球的30’×30’年平均海平面,其总体精度达到±83cm（均方根）水平。验证了中国近海及邻域的平均海平面在总体上呈东南高、西北低的趋势。利用JGM-3和OSU91A混合模型的重力大地水准面,直接从平均海平面中扣除大地水准面起伏的影响,并采用“剪切”法得到中国近海及邻域完整到20阶次的海面地形模型的球谐函数表达式,验证了中国近海及邻域海面地形在总体上为正的格局,并对其构造特征作了初步探讨。     

利用浅水地形及其SAR影像确定海面风向的一种方法

利用浅水地形的SAR影像以及基于浅水地形SAR仿真模型计算得到的仿真SAR影像,基于仿真SAR影像与真实SAR影像之间的相关性提出了一种确定海面风向的方法——最大相关系数法.以南沙双子礁海域为例,利用最大相关系数法确定出了一幅RADARSAT SAR影像成像时刻的海面风向,通过对结果的比较分析可以看出对于包含浅水地形的SAR影像应用该方法探测海面风向是可行的.     

太平洋东南海域表层地转流场的季节及年际变化特征

利用1992~2001年Topex/Poseidon卫星高度计遥感资料分析了太平洋东南海域(5°~55°S,70°~120°W)表层流场的季节及年际变化特征。结果表明,南赤道流的季节变化主要体现在流速上,而秘鲁海流和西风漂流主要体现在流轴位置的移动上。表层流场的年际变化受El Nino影响,在El Nino期间,南赤道流和秘鲁海流均发生流向偏转现象,大部分海区流场被削弱(除低纬度海区外),而在其后的1998年La Nina期间,流场则重新被加强,西风漂流无明显的年际变化。     

The construction of high precision geostrophic currents based on new gravity models of GOCE and satellite altimetry data

The new gravity field models of gravity field and steady-state ocean circulation explorer(GOCE), TIM_R6 and DIR_R6, were released by the European Space Agency(ESA) in June 2019. The sixth generation of gravity models have the highest possible signal and lowest error levels compared with other GOCE-only gravity models, and the accuracy is significantly improved. This is an opportunity to build high precision geostrophic currents. The mean dynamic topography and geostrophic currents have been calculated by the 5 th(TIM_R5 and DIR_R5), 6 th(TIM_R6 and DIR_R6) release of GOCE gravity field models and ITSG-Grace2018 of GRACE gravity field model in this study. By comparison with the drifter results, the optimal filtering lengths of them have been obtained(for DIR_R5, DIR_R6, TIM_R5 and TIM_R6 models are 1° and for ITSG-Grace2018 model is 1.1°). The filtered results show that the geostrophic currents obtained by the GOCE gravity field models can better reflect detailed characteristics of ocean currents. The total geostrophic speed based on the TIM_R6 model is similar to the result of the DIR_R6 model with standard deviation(STD) of 0.320 m/s and 0.321 m/s, respectively. The STD of the total velocities are 0.333 m/s and 0.325 m/s for DIR_R5 and TIM_R5. When compared with ITSG-Grace2018 results, the STD(0.344 m/s) of total geostrophic speeds is larger than GOCE results, and the accuracy of geostrophic currents obtained by ITSG-Grace2018 is lower. And the absolute errors are mainly distributed in the areas with faster speeds, such as the Antarctic circumpolar circulation, equatorial region, Kuroshio and Gulf Stream areas. After the remove-restore technique was applied to TIM_R6 MDT, the STD of total geostrophic speeds dropped to 0.162 m/s.     

GEOSAT卫星遥感资料研究南海海面动力高度场和地转流场

利用GEOSAT卫星在1987年和1988年执行ERM任务的雷达高度计资料来分析获取南海海面动力高度偏差的季节分布.根据卫星轨道误差和海域的特点,提出了适用于内海及边缘海域的二维共线轨道校正法,由此方法而得出的南海海面动力高度偏差的季节分布表明,南海表层流场在夏季总的环流形势是反气旋式环流,而冬季是气旋式环流.分析的结果同海上常规调查资料的分析结果相比较表明,在海流季节变化信号较强的海区(如南海中部和北部海区),利用高度计资料能很好地反映该海区的海流季节变化特征.     

台风背景下海浪对海表流场和海表温度的影响

海浪作为海-气界面中重要的物理过程,对海洋上混合层的近表面分布具有重要作用。本文以台风"威马逊"和"麦德姆"为背景,基于FVCOM耦合模式模拟了台风浪及上层海洋的响应过程,探讨了海浪对海表流场和海表温度的影响。结果表明耦合模式能够较准确地模拟出有效波高,台风过境后海表流场在海浪的作用下反映出与台风相对应的气旋性特性,改变的流场量级可达0.4 m/s;海表温度出现不同程度的下降,最大降温约4℃,最大降温中心与流场变化区域相对应,且降温区相对台风路径呈显著的"右偏性"。最大降温滞后台风中心过境2 d左右,恢复时间一般超过10 d,与实况相吻合。     

The impact of mean dynamic topography on a sea-level anomaly assimilation in the South China Sea based on an eddy-resolving model

The sea-level anomaly (SLA) from a satellite altimeter has a high accuracy and can be used to improve ocean state estimation by assimilation techniques. However, the lack of an accurate mean dynamic topography (MDT) is still a bothersome issue in an ocean data assimilation. The previous studies showed that the errors in MDT have significant impacts on assimilation results, especially on the time-mean components of ocean states and on the time variant parts of states via nonlinear ocean dynamics. The temporal-spatial differences of three MDTs and their impacts on the SLA analysis are focused on in the South China Sea (SCS). The theoretical analysis shows that even for linear models, the errors in MDT have impacts on the SLA analysis using a sequential data assimilation scheme. Assimilation experiments, based on EnOI scheme and HYCOM, with three MDTs from July 2003 to June 2004 also show that the SLA assimilation is very sensitive to the choice of different MDTs in the SCS with obvious differences between the experimental results and observations in the centre of the SCS and in the vicinity of the Philippine Islands. A new MDT for assimilation of SLA data in the SCS was proposed. The results from the assimilation experiment with this new MDT show a marked reduction (increase) in the RMSEs (correlation coefficient) between the experimental and observed SLA. Furthermore, the subsurface temperature field is also improved with this new MDT in the SCS.     

Deviation of mean sea level from the mean geoid in the transition area between the North Sea and the Baltic Sea

The mean sea level along the coasts of the Skagerrak, the Kattegat, and the Danish Straits—i.e., the transition area between the North Sea and the Baltic Sea—has been computed geodetically. The basis consists of mean sea level data from Denmark, Norway, and Sweden in various more or less inappropriate height systems. These are transformed and unified into a common height system relevant for oceanographic purposes to show the deviation of the mean sea level (1960) from the mean geoid, with Normaal Amsterdams Peil (NAP) as zero. The geodetically determined mean sea surface is compared with oceanographic model results for parts of the area. Among other findings, the outflow of low‐salinity water from the Baltic Sea, as well as its separation from high‐salinity North Sea water along the Kattegat‐Skagerrak front are clearly revealed.     

利用海面温度和海面动力高度反演西太平洋月平均温度场

海水三维温度场是海洋研究和海洋工程领域中最重要的数据资料之一。本研究基于量纲分析法获得海面参数和海水内部温度剖面之间的函数关系,进而提出了一种利用海面温度和海面动力高度反演大洋月平均三维温度场的方法。本研究基于该方法估算了西太平洋海域0～1 000 m深度范围月平均三维温度场,并将反演结果与基于Argo资料获得的三维温度场进行了比较,其结果证明了该方法的有效性。     

基于多颗在轨高度计数据的中国近海平均海平面模型建立

联合使用Jason-2成功发射3 a来的Jason-2(cycle 001-113)、轨道调整前后的Envisat(cycle 070-107)以及轨道调整后的Jason-1(cycle 263-352)等在轨高度计卫星数据,首先对电离层延迟校正项进行平滑处理,再经过数据编辑和各项地球物理及环境改正后,对周期(cycle)逐一进行统计验证并剔除交叉点不符值异常的数据周期,采用共线处理和交叉点平差削弱海面时变和径向轨道误差的影响,再经参考椭球和参考框架基准的统一,最后选用Shepard方法建立了我国海域及邻海海域(0°~45°N,100°~140°E)2'×2'分辨率的平均海平面模型。将所建立模型与MSS_CNES_CLS01模型和MSS_CNES_CLS10模型进行了比较,不符值RMS分别为8.28和11.65 cm,验证了所开展模型的正确性。