陆架区海洋内波传播特性遥感方法分析

应用ENVISAT-ASAR数据对南海东北部的海洋内波进行研究,用遥感方法反演得到一组内波参数,分析了海底地形变化趋势对内波传播的影响,给出内波参数据与地形变化之间的统计关系。通过分析得出内波的传播方向并不完全与海底地形变化一致。这对于前向内波理论本身和应用卫星遥感方法对内波参数获取研究具有重要意义。     

基于ArcIMS的海洋内波信息系统设计与实现

海洋内波信息系统主要用来管理和发布海洋内波数据,并通过Internet/Intranet面向特定用户提供内波空间查询和专题应用功能的信息系统。在阐述网络地理信息系统(WebGIS)开发平台ArcIMS 9.2体系结构和功能的基础上,详细介绍了海洋内波信息系统的设计,包括平台和技术路线的选择、系统的数据体系、实现流程和系统功能模块等,并在此基础上完成了海洋内波信息系统的开发。利用本系统,授权用户可以通过网络查询特定区域海洋内波的空间分布和不同空间位置上海洋内波的波速、波长、振幅、波向、时间分布等信息。该系统还能根据用户特定需求生成海洋内波信息专题图和海洋内波分布专题图,为需要内波信息的部门提供重要的决策依据。     

一种新的SAR图像内波检测与参数估计方法

提出了一种SAR图像海洋内波检测与参数估计的新方法。通过对传统的Radon变换进行改进,将图像在椭圆区域内进行积分归一化,达到海洋背景下弱直线检测的目的。利用滑动窗口的思想结合椭圆域归一化Radon变换检测内波区域,通过对变换域的数据进行分析处理与计算,得到内波传播方向和内波波长参数。通过对实测SAR图像数据进行处理的结果可知,采用该方法对内波SAR图像进行处理不需要人工干预,能很好地定位内波位置,获得的内波参数与观测结果相符。     

序列SAR内波图像二维成像仿真研究

本文重新推导了Lynett和Liu的水平二维内波传播模型并在修正其几处错误后将其应用到了序列SAR图像的内渡数值模拟上.同时结合M4S模型对数值模拟结果进行了SAR成像仿真.结果分析表明仿真图像与实际SAR图像有很强的相似性,清晰的再现了内波在传播过程受地型变化影响出现的传播方向平行于等深线、分裂等现象.本仿真研究也为解译全二维的SAR海洋内波图像提供了新的方法基础.     

基于微光图像和深度学习的海洋内波检测方法

海洋内波是一类在大陆架、海峡和岛屿附近海域常见的波动,可能对水下舰艇和海上石油平台等造成严重安全威胁。卫星微光图像是近年来用于检测夜间海洋内波的一种重要手段,而目前主要依赖人工判别的方式,利用人工智能技术从微光图像中自动判别海洋内波的研究还较少。针对海洋内波在微光图像中呈现明暗相间条纹这一特征,发展了一种适用于微光图像的海洋内波智能检测算法。利用2018年至2019年期间南海区域的VIIRS微光图像建立训练与验证数据集,并结合迁移学习和数据增强技术训练卷积神经网络Inception Net V3,得到基于深度学习的海洋内波检测模型。利用2020年的VIIRS数据进行检验,结果表明海洋内波检测准确率为81.34%。     

利用多源遥感卫星数据研究南海内波的时空分布特征

利用1995～2005年300多幅ERS-1/2,Radarsat-1,ENVISAT、SPOT、Landsat、IRS和NOAA AVHRR图像统计了南海北部海洋内波的时间分布特征,并绘制了内波空间分布图,利用KdV方程和Levitus历史跃层资料反演了内波的振幅和波速等参数。研究结果表明,南海北部海洋内波出现的区域主要有3块:吕宋海峡,东沙岛和海南东北部。内波传播方向以西向为主。在吕宋海峡,相速度达3 m/s,内波振幅超过100 m。在东沙岛附近,相速度在1.5～2 m/s左右,振幅在20～80 m左右;东沙岛西面和北面,相速度在1～1.5 m/s左右,振幅在5～20 m左右。海南东北部,相速度在0.4～0.8 m/s左右,振幅在2～4 m左右。内波的时间分布特征为:内波以4～9月为高峰期,1～3月和11～12月为低峰期;在每个月里以16～19日为高峰期。     

基于非线性薛定谔方程的高分三号图像内波参数反演

高分三号(GF-3)SAR遥感卫星的发射为内波的深入研究提供了丰富图像资料,利用其高空间分辨率和大幅宽成像的优势,能够对南中国海东沙岛附近的内波开展振幅和波速的高精度反演。采用高阶完全非线性薛定谔方程描述内波,建立反演振幅和波速的模型。收集2017年5月至8月南海东沙岛附近的GF-3遥感图像,探究南海陆坡处内波的振幅和传播速度演变。理论模型计算出的结果与2013年该研究区域的实测数据对比,发现反演振幅大小基本与实测相近。内波自东向西传播过程中,水深变浅,非线性作用增强,频散作用减弱,振幅和传播速度都不断减小。这为定量研究内波的能量输送、耗散以及未来的预报工作提供依据。     

层化液体中潜体波浪力计算方法及仿真研究

应用边界元方法对层化液体中规则波的波浪力进行了理论推导,在此基础上采用在流体力学领域应用广泛的Fortran语言编程计算并对一典型界面规则波中的潜体的受力(力矩)进行了仿真计算与分析,得出结论:由于海洋中的内波基本上都属于低频长波,而本计算对低频内波有较合理的计算结果,因此对于计算海洋内波对水下潜体的影响,该计算方法比较可靠.同时与船舶科学研究中心702所耐波性水池实验结果进行了数据比对,通过实测数据与仿真数据的对比也验证了文中的理论推导和计算方法的可靠性.     

内波极性转变过程序列SAR图像仿真研究

基于Lynett和Liu的水平二维内孤立波传播模型,对内波的极性转变过程进行了序列SAR成像仿真研究。通过分析下降型内孤立波转变为上升型的序列SAR仿真图像,验证了内波极性转变时在SAR图像上出现信号减弱和特征消失的现象。对比于实地星载SAR图像,仿真结果也验证了内波在传播过程中受地形变化影响而出现的传播方向平行于等深线、分裂等现象。     

海洋监视监测SAR卫星任务初步分析

以海浪、船舶、溢油、内波和海冰等海洋现象为主要的观测目标,海洋监视监测卫星利用多极化SAR的高分辨率模式进行精细成像,识别目标细节特征,利用宽观测带扫描模式进行快速覆盖观测,获取全球海洋遥感信息。针对各观测目标要素,借鉴ERS和RADARSAT-1的观测结果,结合理论分析与仿真,初步分析了海洋监视监测SAR卫星轨道参数和有效载荷工作模式等卫星任务。     

Free surface,current profile and buoyancy effects upon internal wave energy flux profiles in sill regions

A non-hydrostatic ocean circulation model is used to determine the distribution of the horizontal energy flux terms due to internal waves in sill regions. Calculations show that although the linear energy flux term is significant, the contribution from the non-linear terms is appreciable. In addition, unlike as is often assumed in deep ocean situations, the free surface contribution to the energy flux distribution often dominates. The magnitude and relative importance of the energy flux terms are influenced by how the fluctuating velocity due to internal waves is computed. In addition changes in vertical stratification affects the relative contribution of the energy flux terms although the free surface term still dominates.     

一种实现模拟海浪回波产生的电路

无风三尺浪是大海的特点,当海上有浪时,从海面上远望,海浪由近及远是逐步减弱的,一般情况下,越近的距离海浪越大,在这种海况下,雷达天线发射的无线电波遇到海浪便会反射回来,反射回来的无线电波的功率随海浪由近及远是逐步减弱的,我们可以用一个具有模拟指数衰减曲线功能的电路模拟该功能,在电路中模拟产生了强、中、弱三种状态海浪的信号,通过模拟器面板上的波段开关可以控制海浪信号的强、中、弱三种状态,在电路中通过采用压控振荡器及速率乘法器等器件实现了以上功能。     

基于海浪谱的Gerstner波浪模拟

本文从海洋学现有的观测和研究成果出发，结合海浪的Gerstner模型，提出一种风力作用下的基于海浪谱的三维Gerstner海浪模型。首先，通过分析Gerstner模型各个参数的随机性，利用海浪谱和方向谱相关公式，获得固定风速下模型各随机参数值，建立固定风速下的海浪模型；然后，在此基础上进一步构造了基于海浪谱的风力模型，模拟了风力作用下的海浪；最后，采用基于视点的网格拓扑结构，实现了海浪的实时绘制。实验结果表明，该模型不仅能更真实地模拟海浪，还具有较好的交互性。     

潜艇在随机海浪中摇荡运动的仿真研究

该文采用PM随机海浪频谱来实时仿真长峰波随机海浪对潜艇的随机扰动,对潜艇在海浪中的横摇和纵摇运动进行了时域仿真,潜艇在海浪中的升沉运动则采用Hirom波浪力近似计算公式进行仿真计算。所采用的仿真方法已应用于六自由度潜艇操纵训练模拟器上,结果表明该方法能比较逼真地模拟各种海情下潜艇在海浪中的运动情况,仿真实时性好,仿真精度较高。     

Detection of wave fronts in the Indian Ocean from geostationary sunglint satellite imagery

We demonstrate the potential of monitoring coherent wave fronts on the tropical ocean surface using an advanced detection algorithm applied to visible sunglint‐affected imagery from geostationary satellites. Data from MeteoSat are processed with the advanced analysis technique to reveal transient wave activity near and to the west of the Mascarene Ridge of the western Indian Ocean. The technique is based on a wavelet‐based singularity analysis which enhances the subtle but highly coherent wave patterns in the meteorological satellite data. It is likely that the patterns represent internal ocean waves, a pathway to ocean mixing and climate. The prospect for using this detection algorithm in greatly expanded satellite global surveys of wave activity is outlined.     

The validity of the composite surface model and its applications to the modulation of radar backscatter

Abstract

The composite surface model is compared with the Kirchoff method and shown to be equivalent for radar backscatter at moderate incidence angles in most commonly occurring sea states. Based on this comparison, limits are determined for the validity of the composite surface model. The model is then utilized to study the modulation of the radar cross-section of the ocean surface by long surface waves and internal waves. It is shown that apart from the well understood tilt modulation and the direct hydrodynamic modulation of the short waves, there is also an additional indirect modulation of the radar cross-section due to the hydrodynamic modulation of the intermediate waves by the long waves. Computer simulations are used to investigae these modulation mechanisms for different sea states, incidence angles and radar frequencies. It is shown that this modulation is strongest at small incidence angles and high radar frequencies. The simulations show that internal waves may be observed by X-band and Ka-band radars due to the indirect modulation through the intermediate waves. It is also shown that, contrary to previous predictions, the indirect modulation process results in modulation of radar backscatter by surface waves that travel normal to the radar look direction.     

Estimating parameters of a two-layer stratified ocean from polarity conversion of internal solitary waves observed in satellite SAR images

This paper presents a method for estimating parameters of a two-layer stratified ocean using satellite SAR images. According to weak nonlinearity shallow water theory, internal solitary waves (ISWs) in stratified oceans may be either depression or elevation waves, depending on the sign of the quadratic nonlinearity coefficient in the KdV equation. It has been confirmed that ISWs can convert their polarity when passing through a turning point, where the quadratic nonlinearity coefficient changes sign. For a two-layer stratified ocean, the turning point is located where the upper and lower layer depths are equal. The authors suggest that depression, elevation and broadening ISWs can be discerned according to their different signatures in SAR images. It is also found that a SAR image can record a continuous evolution process from depression to elevation ISWs in its spatial domain, under conditions of a spatially inhomogeneous ocean environment. Therefore, the upper and lower layer depths can be calculated by determining the polarity conversion of ISWs observed in satellite SAR images. Furthermore, the density difference between the upper and lower layers can also be estimated, when the wave speed is known. We extract ocean stratification parameters, including upper layer depth and density difference, from polarity conversion of ISWs observed in a RADARSAT-1 SAR image taken over the northeastern South China Sea. Comparing the estimated results with field measurements, we find that this method can estimate the upper layer depth with considerable success. In estimating the density difference between the upper and lower layers, it also gives a quite reasonable result.     

我国海岸带及其近海资源环境监测的遥感技术应用

海岸带及其近海自身丰富的自然资源和优越的地理位置是国家经济发展的重要区域。如何利用多源、多通道、多时相、主被动融合的星载遥感数据获取海岸带及其近海资源环境信息是遥感应用技术的重要任务之一。本文依据国内外环境遥感应用技术的研究与发展,归纳了我们在我国海岸带及其近海资源环境遥感信息研究及其在国家有关工程计划中的应用,包括海岸带典型地物信息提取、淤泥质潮滩水边线信息提取、淤泥质潮滩冲淤变化、悬浮泥沙信息提取、内波信息提取。     

基于随机数的光照海浪场景模拟

海浪场景的建模是数字海洋的重要组成部分。本文用随机数模拟海浪,海浪的位置大小和波动都是随机的,海浪在涌向岸边的过程中随机生成新的海浪。海面反射光用Phong光照模型模拟,求出关键点得到太阳在海面的映像。该模型生成的实时3D大尺寸光照海浪模型在运动中不会重复,适合海面的数字化再现和海洋要素的仿真。