EOF分解方法反演海浪参数的有效性研究

【目的】进一步确认经验正交函数(EOF)分解处理导航X波段雷达图像序列方法的有效性。【方法】基于两套导航X波段雷达同步观测的实验数据,利用经验正交函数分解算法反演海浪的有效波高(SWH)、峰值周期、主波波向和主波波长。【结果】4种参数均方根误差分别为0.1~0.2m,0.6~0.9s,5.01°和7.09m。【结论】经验正交函数分解反演不同海浪参数的方法适用于处理近岸海区的非均匀波浪场。     

基于分光链路模拟的曲面量子雷达散射截面研究

量子雷达基于量子态特性对目标探测识别,可有效克服复杂电磁环境和目标隐身特性影响。针对光量子在大气中传播时易受介质吸收和散射影响的问题,提出利用分光链路模拟大气介质的方法,对目标量子雷达散射截面进行了研究。通过引入单光子波动方程,采用分光链路模拟大气介质,得到衰减条件下光子波函数,推导衰减条件下量子雷达散射截面公式,并对衰减条件下单曲面量子雷达散射截面进行仿真。仿真证明,在不同入射角条件下,量子雷达散射截面主瓣峰值随衰减系数增加而减小,入射角对量子雷达散射截面无影响;在0 ℃、能见度30 m条件下,目标量子雷达散射截面主瓣峰值随波长增加。     

黄渤海悬浮颗粒物散射特性研究

【目的】研究悬浮颗粒物的散射特性,用以描述水体固有光学特性。【方法】利用2014年11月黄渤海海区航测数据,分别选取555nm和532nm作为参考波长,建立悬浮颗粒物散射及后向散射的光谱模型,并对模型拟合效果进行检验;此外,还建立了悬浮颗粒物散射参数与水体组分浓度的关系模型。【结果】模型验证结果表明:光谱模型的平均相对误差绝对值(MAPE)分别在60%和35%以内;散射参数与悬浮颗粒物质量浓度模型MAPE的最小值仅为15.0%。【结论】黄渤海颗粒物散射特性主要由非藻类颗粒物主导。     

非高斯海面后向电磁散射的小斜率近似方法

采用小斜率近似方法研究二维高斯和非高斯粗糙海面后向电磁散射问题,给出自相关函数、偏斜度函数和偏峰度函数的计算公式和数值结果,得到小斜率近似下满足高斯和非高斯分布的二维海面后向电磁散射截面计算公式.应用小斜率近似方法讨论非高斯海面后向电磁散射特性,计算结果和实验数据有较好的吻合.     

基于船舶运动的微波多普勒海面回波模拟与分析

根据船载雷达探测海面时的工作特点,深入研究走航状态下微波段电磁波与海表面的作用机理.根据线性波浪理论和船舶运动规律,建立了基于时变海面的船舶运动模型,并通过与实测数据对比验证了模型的有效性.采用小斜率近似法计算海面的电磁散射,仿真得到走航状态下微波段海面散射回波,并分析了不同船舶运动方式对回波多普勒谱的影响.通过采用空间海浪反演算法验证仿真结果,证明了回波模拟算法的正确性.结果表明船舶运动导致回波统计特征发生明显变化,该结论为船载平台下海面后向散射回波研究与海浪反演算法改进提供了先验信息与理论模型.     

基于二阶谱的海面微波散射特性仿真

基于波面的二阶谱特征,研究了粗糙海面后向散射特性并进行了数值仿真。仿真结果表明,在散射模型中考虑海浪波面的二阶谱特征时,海面微波后向散射特性呈现出随方位角和入射角等参量变化的差异,体现了粗糙海面的非线性效应。     

冰晶中空气及多次散射效应对雷达探测的影响

雷达反射率因子受云中冰晶粒子空气含量以及多次散射效应的影响.首先利用Debye理论计算不同空气含量下冰晶粒子的等效介电常数,之后利用基于矩量法的FEKO软件计算了不同空气含量下的RCS,结果表明:后向散射能量会随空气含量的增大而减小.针对云中粒子多次散射对雷达探测的影响,首先利用FEKO软件研究六种相同的非球形粒子的RCS随间距的变化关系,结果表明:最小互散射值均大于不考虑多次散射效应时的RCS;为了研究粒子的空间位置对散射截面的影响,利用HFSS软件研究了两个球形粒子的散射情况,结果表明:RCS增大或减小与粒子间相对位置有关;最后利用FEKO软件计算了多个非球形粒子组成的粒子群时的互散射问题对雷达后向散射截面的影响,结果表明:多次散射效应的RCS结果小于不考虑互散射的结果,因此多次散射增大或者减少后向散射的能量主要取决于各个粒子散射回波的相位.     

旋转对称金属目标上凹槽中填充材料对电磁散射影响的分析

利用各向异性时域有限差分法(FDTD)分析填充不同介质凹槽的金属目标的电磁散射。就具有旋转对称特性的典型目标模型,详细计算分析了在凹槽中填充不同材料对其电磁散射特性的影响,计算结果显示在目标的特定部位上开适当宽度和深度的槽并填充负单轴各向异性介质能显著降低目标的后向雷达散射截面(RCS)。     

综合利用光学、微波遥感数据反演土壤湿度研究

基于ASAR-APP和TM影像数据,研究了小麦覆盖地表的土壤湿度反演方法.首先,利用冠层后向散射模型MIMICS(michigan microwave canopy scattering),分析了第二入射角模式(IS2)2种极化组分散射对总散射的贡献,确定了土壤湿度反演的最佳极化模式;其次,分析了植被微波单次散射、植被层双程透过率与NDVI之间的关系,建立了单次散射及双程透过率模型,然后,结合IS2入射角模式ASAR数据,建立土壤湿度反演模型.最后,基于模拟数据和获取的ASAR、TM影像数据,利用半经验模型反演土壤湿度.研究结果表明:IS2_HH模式土壤散射在总散射中贡献更大,该数据更适合土壤湿度反演;植被微波单次散射、双程透过率与NDVI有很好的线性关系,可以利用线性模型建立它们之间的关系;半经验模型能够较好地反演土壤湿度,反演和实测的土壤湿度相关系数为0.75,均方根误差为5.07%.     

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。     

纳观尺度下不同晶向取向对裂纹萌生和扩展的影响

【目的】了解裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场法研究不同初始晶向倾角在y方向单轴拉伸作用下裂纹扩展演化、对应的应力分布及其应力曲线。【结果】当拉应变作用达到临界值时,无预应变的样品裂口开裂方式不同。5°与20°晶向倾角的样品裂口直接开裂,并伴随着位错出现。10°与15°晶向倾角的样品裂口先发射位错,裂口准备开裂。裂纹形成后,5°与20°晶向倾角的样品裂纹主要呈脆性断裂模式扩展。10°与15°晶向倾角的样品为典型的韧性断裂模式扩展。【结论】不同晶向倾角对裂纹萌生时间、扩展方向以及韧-脆扩展形式有重要影响。     

2015年秋季千里岩岛海域浮游植物群落结构特征

[目的] 为了了解千里岩岛附近海域浮游植物状况。[方法] 以2015年秋季在该海域的监测数据为基础,并结合2013年调查数据,分析该海域浮游植物的变化情况。[结果] 2015年秋季千里岩岛海域发现浮游植物37种,由硅藻和甲藻组成,平均密度为3.23×10⁵个/m³,监测区主要的优势种为圆筛藻(Coscinodiscus sp.)和虹彩圆筛藻(Coscinodiscus oculusiridis),多样性指数为2.13~3.42,平均为2.74。[结论] 与2013年调查数据比较,千里岩岛海域浮游植物种类数、密度和多样性指数有所增长,分析原因可能是由于调查季节不同。     

南黄海及长江口邻近海域夏季溶解有机碳的分布特征及其影响因素

【目的】海水中溶解有机碳(DOC)的研究对于碳的生物地球化学循环具有重要意义。通过对南黄海及长江口邻近海域夏季溶解有机碳的分布特征及其影响因素的研究,为进一步丰富我国陆架边缘海碳循环的研究提供数据支持和参考依据。【方法】利用高温燃烧氧化法对2013年夏季南黄海及长江口邻近海域水体中的DOC进行测定,初步分析夏季南黄海DOC的分布特征,并结合水文、化学、生物同步观测参数,探讨影响DOC分布的主要因素。【结果】2013年夏季南黄海及长江口邻近海域DOC的含量为0.24~2.37mg/L,平均值为(1.34±0.42)mg/L。整体而言,调查海区平面分布呈现北部浓度高,向南部逐渐降低,近岸浓度高远岸浓度低的分布趋势。DOC的垂直分布呈现表层高,逐渐向底层减小,在底层又有所增加的趋势。【结论】研究海区DOC的分布受水团物理混合控制作用十分明显,近岸DOC高值区的分布主要受鲁北沿岸流和陆源输入影响,南部的低值区主要受黑潮表层水及台湾暖流的稀释作用影响,而生物作用对DOC的分布影响较弱。     

基于遥感资料的夏季广东沿岸上升流分布特征

【目的】研究广东沿岸夏季上升流的时空变化规律及其对沿岸区域气候的影响。【方法】采用Sobel梯度算法,综合MODIS海表温度和QuikSCAT海面风场资料对2003年夏季广东沿海上升流的范围、强度、持续时间等时空分布特征进行综合分析。【结果】广东沿岸海域存在明显的上升流现象,整体呈现强弱强的特征,在7月初出现具有明显上升流特征的低温表层水,至7月底低温水活动减弱至最低,于8月初又存在一个增强的过程;同时,上升流并非始终稳定存在。【结论】对比海表温度数据和风场资料可以发现,上升流的强度、持续时间等与风场的变化存在密切联系,风场是上升流的一个重要影响因素,此外,沿岸水团的分布也是影响广东沿岸上升流空间分布的重要因素。     

氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)表面性能的第一性原理研究

【目的】对氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)的表面能、表面弛豫及电子结构进行系统研究。【方法】运用基于密度泛函理论的第一性原理计算体系的表面性能,计算过程采用6层原子和15真空层的Slab模型。【结果】计算得到的氧化钙体相晶格常数合理地符合实验值。氧化钙(100)面的表面能最低因而最稳定,更容易暴露。(110)面表面能介于(100)和Ca-terminated(111)面之间,Ca-terminated(111)面的表面能最高而最不稳定。(100)表面弛豫程度最弱,Ca-terminated(111)表面弛豫程度最明显,而(110)表面弛豫程度则介于(100)和Ca-terminated(111)面之间。(100)表面Ca-O和Ca-Ca之间的电子云强烈重叠,共价成键特征突出,稳定性高。Ca-terminated(111)表面只存在Ca-Ca原子间电子云重叠,且杂化程度明显变弱,因此Ca-terminated(111)面的稳定性最低,(110)面的稳定性居于(100)面与Ca-terminated(111)面之间。【结论】氧化钙中(100)面的表面稳定性能最好,(110)面次之,Ca-terminated(111)面稳定性最差。     

三维双层嵌套Logistic模型在海洋工程中的适应性研究

[目的]研究工程多因素复杂性的多元极值分布理论,探讨多元理论在实际工程的应用过程,以适应近代海洋工程规模日趋巨大的需要。[方法]以多元极值分布理论为基础,结合石岛湾海洋站实测的增水极值资料和同步波高、同步风速数据资料,详细阐述三维双层嵌套Nested-Logistic分布模型在工程实际中的应用过程,给出3种因素共同影响下联合重现期的推算方法。[结果]该模型加入了两两因素的相关性,对实际情况的刻画是科学合理的。[结论]模型在解决涉及3因素的水文工程问题方面,具有很好的灵活性和适定性,能够用于评估不同情况下的水文风险。     

单负材料填充包层的矩形波导模式特性

【目的】通过求解矩形波导模式特征方程,计算矩形波导横向场分布,研究电磁波在单负材料矩形波导中的传播特性以及该波导参数对其导模Exmn的影响规律。【方法】基于电磁场的波动理论和马卡梯里假设,利用图解法对波导有效折射率及横向电场分布进行求解,并分析波导模式的频率色散关系。【结果】该矩形波导的传播模式Ex0n和Ex1n为x方向衰减的表面模,仅当m1时,波导的传播模式才是振荡导模;固定波导芯子层厚度不变,当导波频率增大时,高阶模向高频方向移动的速度比低阶的快;保持m1,当m或n增大时,Exmn模式的截止点均向波导孔径增大的方向移动,且相邻模式的截止间距相等。【结论】单负材料包层的矩形波导既支持存在低阶表面模的条件,也支持存在高阶振荡导模的条件,波导孔径大小对导波模有很好的调制效果,可实现宽孔径多模传输和小孔径单模传输的功能。     

鼠尾藻群体的有性生殖力影响因素研究

【目的】研究鼠尾藻(Sargassum thun bergii)有性生殖相关因子间的关系,分析鼠尾藻群体的有性生殖能力。【方法】通过统计分析方法,研究藻体长度与侧枝数、侧枝长度与生殖托数、生殖托长度与生殖托挂卵数间的关系。【结果】藻体长度与侧枝数、侧枝长度与生殖托数、生殖托长度与生殖托挂卵数间都为线性正相关,利用回归方程推算,1株成熟的鼠尾藻藻体能产生2×105~3.3×106个受精卵。【结论】1株成熟鼠尾藻的产卵量基本可满足1m2的采苗生产需要。