基于卫星测高技术的浙江近海平均海面高模型建立

利用Jason-2卫星与SARAL/Alti Ka卫星的Waveform数据,研究一种新的测高数据粗差剔除方法,即剔除不在预定轨迹的海面高后,参考拟合各Pass每个Cycle的海面高值,对测高数据分段剔除粗差,以提高近海卫星数据的可用性;经过交叉点平差,进一步削弱径向轨道误差和海平面时变信号;采用"移去-恢复"法得到较高精度的离散海面高;采用径向基函数法格网化离散海面高,建立2.5'×2.5'格网分辨率的平均海面高模型;将所得模型与验潮站提供的海面高比较,均方根为±0.017 m,与MSS-CNES-CLS11比较,标准差为±0.070 m。研究结果表明,采用本文方法建立的浙江近海平均海面高模型精度可靠。     

Jason-2 卫星波形重定技术在研究贝加尔湖水位中的应用

利用Jason-2测高卫星2008—2013年的Waveform数据,以贝加尔湖为例,研究卫星测高数据编辑标准、地球物理改正方法及波形重定方法;利用波形重定后的数据计算贝加尔湖年水位异常时间序列与季度水位异常时间序列,分析得到贝加尔湖水位的季节性变化规律;利用组合模型预测贝加尔湖2013年10月的水位,并与测高所得水位进行了比较。研究结果表明,利用波形重构技术可提高对贝加尔湖水位测量精度,对其水位变化研究具有一定的可行性。     

海南近海Envisat测高波形重构海面高质量评价

以海南近海(14~20°N,108~120°E)为研究区域,采用四种波形重构算法(Ocean1算法,阈值(Threshold)算法,重心偏移(OCOG)算法和Beta-5参数算法)对Envisat高度计RA2第20周期八条轨迹的测高波形数据重新进行计算,并对波形重构后的海面高(SSH)精度进行评价.结果表明:波形重构算法能显著提高测高海面高数据质量,且重构后海面高的空间分辨率有较大改善.其中Threshold 50%算法的重构精度最高,Ocean1算法的精度也较好.Threshold 50%算法的结果最为稳定,比其他三种算法更适合于海南近海的测高波形重构.     

基于验潮数据的全球平均海面高模型精度分析

高精度高分辨率的全球平均海面高模型的建立一直是海洋测绘的研究重点。目前大部分的全球平均海面高模型在大洋区域均达到了较高的精度,而近海卫星测高回波受复杂地理环境的综合影响,数据精度大大降低甚至无法使用。对WHU2013、DTU13和CLS15(MSS_CNES_CLS15)三种全球平均海面高模型进行比较,分析差异原因。并从全球选取89个验潮站,利用GPS观测统一验潮数据基准。通过参考椭球和参考框架转换,将三种模型海面高与验潮站得到的海面高在同一基准下进行比较,分析了三种全球平均海面高模型在全球范围内的近海精度。结果表明,WHU2013模型的近海精度高于DTU13和CLS15模型,CLS15模型的近海精度略高于DTU13模型。     

Android智能手机海面高度测量及其遥感应用

开展了Android智能手机的海面高度测量研究,并通过与测绘接收机测量结果和同比验潮站数据对比初步评估其性能。为了降低测量设备非探测区域反射的卫星导航信号对海面高度测量的影响,提出了经验模态分解提纯海面反射信号干涉振荡特征的方法,并利用仿真和试验数据验证了其有效性. 利用小米6智能手机和华测北斗N72测绘接收机采集的18天GNSS数据,开展了海面高度测量研究和评估. 结果表明:海面高度测量结果和验潮站同比数据在风速小于15 m/s时具有良好的一致性,智能手机和测绘接收机测量的海面高度的同比均方根误差均为0.31 m;智能手机用于测量海面高度的卫星信号的高度角下、上限高于30°的占比分别为30.8%和45.3%,以至于高高度角的信噪比时序可被用于测量海面高度;在18天的试验时间内,共计采集1120个海面高度测量值,平均62个/天,相比于CORS站,在相同的观测周期内具有更多的测量样本。最后对智能手机的遥感应用进行了讨论,以期推进遥感的大众化进程.      

基于Cryosat2与船载重力测量数据反演我国近海海域重力异常

基于Cryosat-2三年半的卫星测高GDR(geophysical data records)数据,使用海面高梯度,依据最小二乘配置方法得到了南海部分海域垂线偏差格网,结合移去-恢复技术采用逆Vening-Meinesz的球面一维傅里叶变换算法快速计算我国近海海域测高重力异常CASM_GRA.与船载重力测量数据融合后,重力场精度在2.75~5.38mgal之间,平均偏差在-0.21~0.45mgal之间.与DTU13重力场模型相比,平均值最大改进为12.98mgal,标准差最大降幅近3.40mgal.与Sandwell V23.1模型相比,平均值最大改进为13.58 mgal,标准差最大降幅为1.09mgal.     

岸基多星多参数北斗GEO反射信号海面风速反演

开展北斗GEO卫星B3I信号岸基近岸海域海面风速反演研究.在GNSS反射信号相干时间和归一化时延波形面积两个观测量的基础上,本文提出了主成分分析和线性无偏最小方差的多星多参数海面风速反演方法.为了验证北斗GEO卫星B3I信号反演海面风速以及所提方法的有效性,在山东东营青东五验潮站开展了外场试验.试验结果表明反射信号的相干时间能够提供比波形面积更好的反演性能;多星多参数的反演结果比单星单参数的更好;线性无偏最小方差能够提供精度为1.15 m/s的最佳反演结果.      

基于卫星测高的孟加拉湾海洋时变重力研究

针对GRACE卫星仅能探测到大空间尺度的重力变化,提出利用卫星测高数据反演高空间分辨率的海洋时变重力.首先将CryoSat-2卫星测高数据按月分组,基于每组海面高数据计算沿轨剩余大地水准面梯度和格网剩余垂线偏差,然后利用逆Vening-Meinesz公式反演月重力异常,最后基于全部月重力异常数据计算格网大小为3′的CryoSat-2时变重力.以孟加拉湾及其周边海域为例,在2011年2月—2020年4月间,CryoSat-2时变重力的周年振幅和周年相位分别为(0.10±0.03)μGal和98.84°±0.43°,同期GRACE数据的周年振幅和周年相位分别为(0.66±0.05)μGal和93.52°±0.08°,两者的周年信号基本一致;CryoSat-2和GRACE时变重力的线性趋势分别为(0.02±0.01)和(0.09±0.01)μGal/a,均表现为增长.结果表明：3′×3′格网的CryoSat-2时变重力能够反映出研究海域重力变化的季节性信号和长期趋势,验证了利用卫星测高数据反演高空间分辨率海洋时变重力的可行性.     

由测高大地水准面密合平面拟合法确定垂线偏差

提出了一种利用卫星测高资料计算海洋垂线偏差的新方法,用以提高由卫星测高资料解算海洋垂线偏差和重力异常的分辨率.首先,从卫星测高平均海平面高数据中扣除海面地形的影响,得到测高大地水准面,再将数据换算到由参考椭球的密切平面和参考椭球法线组成的直角坐标系中.然后,根据最小二乘原理拟合网格区域内大地水准面的密合平面,进而确定出该区域垂线偏差东西分量和南北分量的平均值.最后,通过在南海区域的仿真试验分析,方法计算的垂线偏差东西分量和南北分量的精度分别为±0.89"和±0.84",与其他方法计算的精度相当.     

利用CAPS测距数据确定GEO卫星变轨期间的轨道

为调整轨道或者姿态,卫星每隔一段时间会进行喷气或者动量轮卸载,相当于对卫星产生了附加推力．由于变轨过程的复杂性和变轨加速度测量的不确定性,在一般的定轨过程中,通常是不采用变轨期间的测轨数据．但是在特殊情况下如导航卫星的RDSS服务需要提供不间断的包含变轨弧段在内的连续星历．文中利用高精度高采样率的CAPS测距资料,对某GEO卫星包含变轨弧段在内的6天长弧段进行了定轨分析,着重讨论如何利用变轨期间的遥测数据建立变轨推力模型,并将推力模型加入到定轨的动力学模型中,进行长弧段定轨．研究还表明,即使没有准确的遥测信息,基于CAPS系统的高精度高采样率测轨数据,可以解算推力参数．计算结果表明两种方案均取得了良好的数据拟合效果,变轨弧段的轨道位置误差最大约为20m．     

Improved threshold retracker for satellite altimeter waveform retracking over coastal sea

Data quality is a key factor for the application of satellite altimetry to geodesy and oceanography. Accuracy of altimetry is limited in the coastal area because the altimeter waveforms are seriously contaminated by topography and environmental pollution. So waveform retracking is needed to compute the range correction of geophysical data records (GDRs) for better accuracy. In this paper, a new waveform retracker named the improved threshold retracker (ITR) is put forward. The retracker first builds sub-waveforms based on leading edges detected in a waveform, then determines the middle point of each leading edge to compute the retracking range correction, finally calculates the referenced sea surface heights according to the geoid undulation from a local geopotential model and tide heights from an ocean tide model, and compares it with all retracking ranges to determine the best one. As a test, altimeter waveforms of Geosat/GM are retracked around the Taiwan coastal area. The result shows that accuracy of ITR method is two times better than that of the β-5-parameter function-fitting method and threshold method, and three times better than that of GDRs. ITR can efficiently improve the altimetry accuracy of the coastal sea area.     

临近空间卫星探测温度数据的精度评估

为综合分析评估中国区域内临近空间卫星遥感探测的温度数据精度,利用2006年4月至2009年12月的COSMIC掩星探测数据与TIMED/SABER卫星探测数据进行对比分析,计算2种卫星数据之间的平均温度偏差和温度标准差,并统计分析随季节和纬度分布的温度偏差特征。对比统计结果表明,中国区域内2种卫星遥感探测数据的温度随高度变化的特征总体一致;其平均温度偏差均在2K以上,在15km附近偏差较大,在37~57km内平均温度偏差以约0.22K/km的速度随高度递增;同时,平均温度偏差在夏季最小,冬季最大,在35~60km内季节的变化对温度偏差影响较大,且温度偏差随纬度的变化在不同高度范围内呈现不同的分布特征。此次评估综合分析了COSMIC与TIMED/SABER在中国区域内的温度数据精度,能够为临近空间卫星探测数据在国内的应用提供一定的参考依据。     

Improved retracking algorithm for oceanic altimeter waveforms

Over the deep oceans without land/ice interference, the waveforms created by the return altimeter pulse generally follow the ocean model of Brown, and the corresponding range can be properly determined using the result from an onboard tracker. In the case of complex altimeter waveforms corrupted due to variety of reasons, the processor on the satellite cannot properly determine the center of the leading edge, and range observations can be in error. As an efficacious method to improve the precision of those altimeter observations with complex waveforms, waveform retracking is required to reprocess the original returning pulse. Based on basic altimeter theory and the geometric feature of altimeter waveforms, we developed a new altimeter waveform retracker, which is valid for all altimeter waveforms once there a reasonable returning signal exists. The performances of the existing Beta-5 retracker, threshold retracker, improved threshold retracker, and the new retracker are assessed in the experimental regions (China Seas and its adjacent regions), and the improvements in the accuracy of sea surface height are investigated by the difference between retracked altimeter observations and referenced geoid. The comparisons denote that the new algorithm gives a best performance both in the open ocean and coastal regions. Also, the new retracker presents a uniform performance in the whole test region. Besides, there is a significant improvement in the short-wavelength precision and the spatial resolution of sea surface height after retracking process.     

Low-frequency sea level variation and its correlation with climate events in the Pacific

Global mean sea level(GMSL) has not only significant secular trend and seasonal variations,but also inter-annual and decadal variations.This paper reconstructs the time series of GMSL variations between 1948 and 2007 by combining satellite altimeter measurements and tide gauge observations.Based on the time series,the acceleration of GMSL rise in the second half of 20th century is estimated to be 0.010±0.009 mm/a 2,and multi-scale low frequency sea level oscillations including decadal variations are detected,and the high-rate of GMSL rise during 1993-2003 is locate in the ascending phase of low frequency oscillation.Then,using the reconstructed GMSL time series after removing the secular trend from satellite altimetry and tide gauges measurements,it shows that low frequency signal of sea level variation has strong correlations with the index of El Ni o/Southern Oscillation(ENSO) and Pacific Decadal Oscillation(PDO).But in several time periods,they have large difference due to effects of both high frequency occurrence of El Ni o and La Ni a phenomenon and short term switch of PDO events.     

洪季长江口径流量与近海海平面的响应关系

为了分析长江口洪季径流量对其近海海平面上升的影响权重,基于1950~2011年大通站实测洪季月均径流量资料,统计分析出大通站洪季发生频率为25%,50%和75%时对应的径流量以及多年平均径流量,并利用长江口杭州湾潮流数学模型,计算分析长江洪季径流量对长江口口内平均潮位和近海海平面的影响.研究结果表明:随着径流量的增加,整个计算区域的平均潮位也随之增大,且从上游到口外平均潮位增幅沿程减小,近海南部平均潮位增长幅度比近海北部大.口内及近海平均潮位与径流量呈正相关关系,在径流量增加20 000m3·s-1的情况下,杭州湾大部分区域平均潮位增加0.005~0.010m.     

卫星遥感资料在潮间带地形和漫滩计算中的应用

提出了利用卫星遥感资料计算潮间带地形和漫滩的方法：选取一组不同潮位的卫星遥感图像，提取潮间带遥感淹水线，由遥感淹水线和数值模式结合推算潮间带地形，将推算的地形用于海水漫滩计算，并用遥感淹水线检验漫滩计算结果.利用该方法，由Landsat 卫星图像提取了我国湛江港潮间带淹水线信息，计算了湛江港潮间带地形和漫滩.     

基于遥感资料和观测数据的重点海域海表盐度评估分析

【目的】通过验证Aquarius海表盐度遥感产品数据在不同大洋和波束的反演精度,为其应用提供依据。【方法】基于自沉浮式剖面探测浮标Argo(Array for real-time geostrophic oceanography)盐度观测数据评估Aquarius卫星在重点海域(太平洋、大西洋、印度洋)和不同波束对应的海表盐度产品精度。【结果】相对于波束2和波束3,波束1海表盐度与Argo观测最为接近,偏差和均方根差分别为0.003psu和0.397psu。与大西洋和印度洋相比,太平洋反演精度最高。在中纬度地区,盐度偏差较小,约为0.1psu;在南北纬20°和高纬度区域,盐度偏差较大,约为0.2psu;低海温和高风速对盐度误差也有重要贡献,低海温对应的弱亮温信号和高风速下的不准确的海面粗糙度模型是导致盐度偏差的主要因素。此外,利用Argo月平均海表盐度观测数据评估了Aquarius卫星海表盐度三级产品,均方根差在0.27~0.34psu之间,平均值为0.31psu。在二级和三级产品中,V3.0SSS_bias_adj的均方根差相比V3.0SSS均降低约0.04psu。【结论】与V2.0数据产品相比,V3.0二级产品精度有了的较大提高,三级产品无明显改善,升轨和降轨的偏差依然存在。海表温度校正能够提高盐度反演的精度,使得均方根误差下降0.04psu。