卫星高度计数据提取海洋潮汐信息及气候变化研究

发布时间：2020-05-22 11:36

【摘要】： 随着卫星测高技术的发展,特别是TOPEX/POSEIDON、Jason-1、ERS-1/2、ENVISAT等一系列卫星的发射,卫星测高资料被广泛应用于诸多海洋学研究。其中,全球海洋潮汐信息的提取是卫星高度计数据的一个重要应用领域,并在深水大洋取得了成功。然而,由于中国广阔的陆架浅海潮汐状况复杂,全球潮汐模型不再适用。本文利用13年的TOPEX/POSEIDON卫星高度计资料,提取了中国浅海的潮汐信息,并研究了中国海和西北太平洋的海面高度异常与El Niňo事件的关系。主要研究结果结如下: 1、利用j、v模型和调和分析法从TOPEX/POSEIDON卫星测高数据提取主要分潮的调和常数。与全球潮汐模型CSR3.0结果的比较显示出两种方法计算得出的潮汐相位吻合较好。在深水水域,振幅的一致性也不错。但在陆架浅海水域,利用j、v潮汐模式计算出的潮高明显高于CSR3.0模型的结果。这主要是由于浅海潮波受地形的影响,波形发生畸变,振幅增大;而水深相对较深的海域潮汐则主要受天文因素的影响,振幅相对更容易模拟。所以,本文的计算结果应该更加符合实际。与分布于中国近海的验潮站资料相比,对于主要半日潮和日潮M2、S2、K1、O1的印证结果为: M2分潮振幅的平均偏差为4.5cm,迟角的平均偏差为4.8o;S2分潮振幅的平均偏差为2.0cm,迟角的平均偏差为4.1o;K1分潮振幅的平均偏差为1.0cm,迟角的平均偏差为3.3o;O1分潮振幅的平均偏差为3.0cm,迟角的平均偏差为3.5o。定性定量的分析均表明,在中国浅海,本文的潮汐计算结果更加合理,优于TOPEX/POSEIDON卫星目前使用的全球潮汐模型。 2、利用提取的中国海潮汐信息对TOPEX/POSEIDON海面高度异常资料进行了修正。将中国海划分为渤海(A)、黄海(B)、东海(C)和南海(D)四个子海区,比较本文方法获取的TOPEX/POSEIDON单星高度计反演的中国近海海面异常与TOPEX/POSEIDON和ERS-1/2三星融合数据的海面异常,结果为:在A区两者相关系数为95.2%,平均偏差0.69cm;B区为88.0%,平均偏差0.67cm;C区为91.3%,平均偏差0.22cm;D区为85.9%,平均偏差0.32cm。虽然三星的融合产品在时空分辨率上较单星高度计资料有了较大改善,并因此能够通过时空平均对潮汐有进一步抑制,但本文的研究结果表明:在中国浅海,通过改善潮汐修正模式,TOPEX/POSEIDON单星反演的海面高度异常数据质量已经可以达到多星融合产品的水准。在此基础上,可以产生出质量更高的融合数据,用于海平面变化和海洋动力过程等一系列应用研究。 3、本文的研究已经表明,在中国浅海,由于使用改善的潮汐修正模式,TOPEX/POSEIDON单星反演的海面高度异常与三星融合产品的质量相当。而在深水海域,全球潮汐模式已经达到很高的精度,而融合产品在时空分辩率上的优势则非常明显。本文利用TOPEX/POSEDION、ERS-1/2的融合数据研究了中国海和西北太平洋的海面高度异常特征,并结合卫星海表温度数据研究了中国海和西北太平洋海面高度异常对El Niňo事件的关系。结果表明:在中国海和西北太平洋海域,海面高度异常表现出明显的年周期变化特征,近年来海平面呈上升趋势。利用时滞相关估计技术,研究了中国海和西北太平洋的海面高度异常与赤道东太平洋Niňo3区域海表温度之间关系,成功预测了2002/2003年El Niňo事件,并通过2006年El Niňo事件对本文的方法进行印证。
【图文】：

示意图,卫星高度计,海面回波,发射脉冲

第二章卫星高度计的工作原理2．1 卫星高度计的工作原理卫星高度计是一种星载微波雷达，通常由一台脉冲发射器、一台灵敏接收器和一台精确计时钟构成。卫星高度计通常采用直径为 0.6～1m的抛物型天线，发射功率 2KW，作用距离 800km。工作频率一般选在 2～18GHz，包括S波段（1.55～4.20GHz）、C波段（4.20～5.75GHz）、X波段（5.75～10.9GHz）和Ku波段（10.9～22.0GHz）。高度计的工作原理如下：发射机通过天线以一定时宽的脉冲重复频率向地球表面发射调制后的压缩脉冲，经海面反射后，由接收机接收到返回的脉冲，测得卫星到海面的距离。因此，高度计测得的距离相当于卫星到这个半径为 3～5km 圆形面积内海面的平均距离。在此基础上，还必须进行仪器校正、海况偏差校正、对流层折射校正、电离层效应校正以及周期性海面影响的校正。

示意图,高度计,测高,示意图

圆环面积逐渐减少，直至最后消失。图 2-1 还显示了相应的回波波形。t＝0-time 期间的前沿斜坡区，对应于圆面积逐渐增大时期，t=time 了以后的回波平顶区，对应于圆环面积相等但范围逐渐扩大时期。如果海面风浪较大，脉冲反射过程也随着时间而增长，这种增长可由回波信号的前沿斜坡观测出来。因而，从回波波形中可以研究海面有效波高。此外海面风速对回波也产生影响。风速越大，返回的回波振幅越小。这一点直接反映在接收机的自动增益值的变化上。由于高度计测量的是卫星与海面之间的最短距离，测高距离是卫星到星下点足迹距离的平均值，这样就减弱了海浪、波这些不规则因素的影响，，同时也减弱了由海流引起的瞬时海面相对于大地水准面倾斜的影响。2．2 卫星高度计测量海平面高度以及误差修正2．2．1 卫星高度计测量海平面高度
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P714

【引证文献】