由TOPEX/Poseidon和Jason-1/2探测的1993—2012中国海海平面时空变化

海平面变化是社会经济发展和科学研究的重要内容.利用1993年1月至2012年12月共20年的TOPEX/Poseidon、Jason-1和Jason-2卫星测高数据,研究中国海海平面的时空变化.首先通过三颗卫星伴飞阶段数据得到三颗卫星之间的逐点海面高系统偏差,进行逐点海面高改正,建立了20年的中国海海面高异常时间序列.分析了中国海海面高异常空间分布,给出了1月到12月月均平均海平面异常的空间变化规律.分析了中国海海面高异常的时变规律,分别给出了年、季度和月的海面上升速率.利用小波分析研究了中国海海面高异常周期变化规律,分别给出了渤海、黄海、东海和南海的海面高变化周期.讨论了ENSO对海面高异常的影响.

南海TOPEX/POSEIDON高度计资料的正交响应法潮汐分析

根据Munk等提出的响应法 (ResponseMethod)和Groves等 ( 1 975 )的正交响应方法(OrthogonalizedConvolutionMethod)的思想 ,利用正交潮响应法对 2 4 8个周期超过 6年的南中国海的TOPEX/POSEIDON卫星高度计资料进行潮波分析。在分析中引入全日潮族和半日潮族 ,并利用正交潮函数 (OrthotideFunction)分析出了 3个主要的全日分潮 (K1 、O1 、P1 )和 3个主要半日分潮 (M2 、S2 、N2 ) ,并给出了K1 、O1 、M2 、S2 的等振幅线和同潮时图 ,结果与其他学者的主要结果符合得很好。通过与整个海区 5 3个验潮站的主要全日分潮K1 分潮和主要半日分潮M2 分潮的比较 ,K1 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别为 4.73cm和 1 1 .6°,而M2 分潮的分别为 1 1 .91cm和 2 8.4°,优于Mazzega( 1 994)的结果。

TOPEX/Poseidon卫星监测博斯腾湖水位变化及其与NINO3 SST的相关性分析

利用TOPEX/Poseidon卫星十年(1992—2002)监测博斯腾湖水位变化的地球物理记录(GDR)数据,经过数据的地球物理改正、编辑、约化和滤波后,分别采用小波分析和傅里叶分析得到了博斯腾湖水位变化的平均周期为1034d、363d、182d和47d。季节性变化是湖泊水位变化的主项,利用最小二乘法得到周年振幅为0.7196m,半年振幅为0.5322m,因此季节性变化的主周期是周年,次周期是半年。博斯腾湖水位变化趋势为+0.2012m/a,说明博斯腾湖水位在升高。由博斯腾湖月水位变化的时间序列与NINO3SST进行相关性分析,发现延迟6个月的博斯腾湖月水位变化序列与NINO3SST数据相关性最大(-0.2784),表明ElNio对我国西部降水的影响具有一定的滞后性。

利用TOPEX/Poseidon卫星高度计资料提取黄海、东海潮汐信息的研究

为了更好地利用卫星测高数据分析黄海和东海的潮汐特性 ,对 1 993— 1 999年期间的TOPEX/Poseidon测高数据进行了质量控制和共线平差处理。在此基础上 ,在黄海、东海选取了 1 738个测高点 ,用最小二乘拟合法计算出 1 2个分潮的调和常数。计算得出的M2 和m1分潮的调和常数 ,在交叉点评估的内符精度振幅分别为 2 4cm和 0 8cm ,迟角分别为 2 3°和2 5°。测高点与附近验潮站的这两个分潮结果相比 ,振幅的均方根误差小于 4cm ,而迟角相差较大。这可能与验潮站的地理环境因素有关。用卫星测高数据算得的调和常数绘制的主要分潮特性图与现有常规观测得到的相应图进行了比较 ,在外海深水区两者符合较好 ;近岸由于卫星测高误差较大 ,所以两者符合差。

渤、黄、东海同化TOPEX/POSEIDON高度计资料的半日分潮数值模拟

使用调和分析方法分析了渤、黄、东海中的TOPEX/POSEIDON沿轨高度计资料,并利用基于最优插值理论的混合法把交叉点处的两个主要的半日分潮(M2和S2)同化到动力模式中。同化结果显示,两个主要半日分潮的分布特征与前人动力模式结果比较一致,在同化高度计资料以后模式结果M2分潮与167个实测站的“距离”为17.2cm,S2分潮为8.9cm,比单纯的动力模式结果精度分别提高14.9%和23.3%。

用TOPEX/Poseidon资料研究南海潮汐和海面高度季节变化

采用引入差比关系法对南海TOPEX/Poseidon卫星高度计资料进行了潮汐分析;根据所得潮汐调和常数对卫星高度计测得的海面高度进行潮汐订正,进而得到南海各季节的海面高度距平。结果表明,南海冬、夏季季风强盛期海面高度距平位相相反,南海中部夏季为正距平,且有2个正距平中心;冬季为负距平,且有2个负距平中心。春、秋季是不同的季风过渡期,海面高度距平分布也明显不同:南海中部春季为正距平,且只有1个正距平中心;秋季为负距平,且只有1个负距平中心。研究表明,长周期分潮Sa和Ssa的叠加值可以很好地逼近南海海面高度距平。根据平均海面和海面高度距平得到了合成的海面高度和地转流场,发现南海表层地转流总体上是气旋式的;秋、冬季表层环流的西向强化十分明显,春、夏季较弱;冬季黑潮通过吕宋海峡进入南海北部,夏季基本上没有进入南海。

中国近海TOPEX/Poseidon卫星测高海平面变化的CPCA分析

用复主成分分析方法 ,对中国近海 TOPEX/ Poseidon卫星 6年的测高海平面变化资料进行了分析 ,给出了中国南海、黄海和东海的海平面变化的空间和时间分布特征。利用小波方法分析了主要主成分时间变化序列的时——频特征。分析结果表明 ,主要主成分的空间分布特征与海洋环流相对应 ;南海、黄海和东海的海平面变化存在显著的年际和 2个月的非稳态振荡信号 ;南海具有较明显的半年周期信号 ,而黄海和东海的半年周期信号不明显。

用TOPEX/POSEIDON高度计数据研究南极绕极流流域海面高度的低频变化

采用TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计 1 993年 1月— 2 0 0 0年 1 2月海面高度数据 ,研究包含了整个南极绕极流流系 (40°— 6 0°S)的海面高度低频变化。首先采用EOF分解方法获取南大洋时空分布的主要模态 ,前 3个EOF模态分别占总方差的 2 4 .8%、1 3 .8%和 1 0 .7%。然后采用EMD方法分别分析了各个EOF模态的时间系数曲线的组成成分 ,对南极绕极流海域的各种时间尺度变化给出了清晰的描述 ,对于不同尺度变化所占的比例得到了定量的结果。研究结果表明 ,EOF的各个模态不仅在形态上存在差异 ,而且具有相互独立的物理背景。EOF的第一模态主要体现了以太阳辐射冬夏差异形成的年周期变化 ,另一个显著的特征就是南极绕极流从 1 993— 2 0 0 0年海面的整体上升趋势。EOF的第二模态体现了陆地地形对南极绕极流的约束作用 ,同时也显示了ENSO过程对南极绕极流 ,特别是对南太平洋的海面高度变化的影响。EOF的第三模态则体现了南极绕极流对南大洋表面风场东西方向不均匀变化的响应。同时 。

黄海、渤海TOPEX/Poseidon高度计资料潮汐伴随同化

首先将大约10a的TOPEX/Poseidon(T/P)高度计资料沿星下轨迹点做潮汐调和分析,提取得到各分潮的调和常数,利用伴随同化方法,同化到二维非线性潮汐数值模式中,模拟了黄海、渤海区域M2,S2,O1,K1等4个潮汐分潮,并根据计算结果给出了各分潮的同潮图.将计算值与观测值的进行偏差统计,结果表明计算值与验潮站资料符合良好.研究过程中做了两类试验:一类试验是针对不同的参数进行优化,一类试验是针对不同的资料进行同化.第一类试验表明:将开边界条件和底摩擦系数同时作为模型优化的控制参数,其结果明显优于单独优化开边界条件;第二类试验表明:同时同化高度计资料与验潮站资料,比单独同化其中任一种资料,对模式计算结果都有较好的改进.研究结果表明,采用伴随同化方法,利用T/P高度计资料和验潮站资料作为同化数据能有效改进模拟结果,用来反演黄海、渤海的潮波系统是可行的.

利用TOPEX/Poseidon卫星测高资料监测全球海平面变化

本文利用 1 993年 1月至 1 999年 5月的 TOPEX/ Poseidon卫星测高数据计算了全球海平面变化。海平面模型误差和不恰当的加权方法都会影响全球海平面序列的周年变化 ,潮汐模型误差对于季节性变化有明显的影响。利用两个高度计计算的海平面变化存在明显的差异 ,利用 TOPEX高度计和 Poseidon高度计得到的该时段全球平均海平面的变化率分别为2 .0 mm/ a和 -0 .5 mm/ a。与南方涛动指数的比较显示全球海平面的年际变化可能主要来自于 ENSO事件的影响。

联合TOPEX/Poseidon与Geosat/ERM测高资料建立区域潮汐模型的研究

利用近十年的T/P测高数据来反演南海（8°～23°N，109°～120°E）九个主要分潮的潮汐参数，并计算了Geosat／ERM卫星对应的各主分潮的混叠周期及Rayleigh周期。根据潮汐参数提取的要求，选取了7个主分潮，为了克服混叠影响，将T/P沿迹点处的主要分潮间的5组差比关系引入到Geosat沿迹点处，并利用T巾提供的Sa模型去除Sa对M2的扰动影响。精度估计的结果表明，Geosat／ERM反演的潮汐参数的精度与传统的月分析结果的精度相近；因差比关系的捆绑，整个全日和半日潮族迟角偏差相近，这主要和Geosat／ERM的轨道设计有关。本文的方法可以应用于利用轨道调整后的T/P卫星的测高数据提取潮汐参数。

利用TOPEX/Poseidon高度计资料提取的太平洋M_2内潮能通量分布

基于内波动力学方程,提出利用TOPEX/Poseidon高度计资料提取内潮的方法.利用该方法,结合1992年10月到2002年6月共10 a的TOPEX/Poseidon高度计资料和Levitus(1998)资料,给出了整个太平洋M2内潮能通量的分布,并与观测资料进行比测,两者符合较好.同时也发现沿整个太平洋边界M2内潮能通量向大洋内部输入的总功率为58.4 GW,其中北太平洋对此贡献为30.2 GW,南太平洋为28.2 GW,可见南、北太平洋的贡献是基本相等的.东太平洋的总量为17.8 GW,而西太平洋为40.6 GW,两者差异较大(以160°W作为东、西太平洋分界线).

联合Topex/Poseidon与Envisat高度计数据监测我国大陆地表覆盖变化

首次联合Topex/Poseidon(T/P)与Envisat高度计数据,提取了2002年5月至2005年5月期间两高度计Ku波段的后向散射系数,采用连续张力曲线样条格网化方法,有效地解决了数据稀疏区容易出现极值以及对数据密集区进行格网化时不平滑的问题,得到了格网时间序列数据,分析了T/P与Envisat两高度计后向散射系数的统计差异,进而讨论了我国陆地覆盖的空间分布特征,定性地研究了内蒙古高原、华北平原、东北平原、青藏高原、云贵高原、黄土高原、长江中下游平原的后向散射系数的成因机制及其随时间的演化规律,研究结果可为因自然灾害和环境变化而导致地表覆盖变化的监测提供决策支持。

用TOPEX/POSEIDON高度计数据分析热带大西洋海面高度距平的低频变化

利用1992年10月~2002年7月的TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计月平均格点数据分析了热带大西洋(15°S^25°N,5°~50°W)海面高度距平的低频变化。由热带大西洋大约10 a海面高度距平变化的标准差分析得到:在赤道附近海区(2°~5°N,25°~45°W)、非洲沿岸海区(11°~16°N,16°~18°W)海面高度波动剧烈。对海面高度距平进行经验正交函数(EOF)分析,得到EOF的3个模态分别占有方差比例为51.5%,13.2%和7.9%。第一模态揭示的是热带辐合带(ITCZ)的季节性迁移导致海面高度距平沿着ITCZ平均位置经向倾斜的1 a周期变化,第一模态还显示了太阳辐射的季节差异引起南北两个海盆海面高度的整体升降。第二模态描述了中心分别位于(3°N,40°W)和(7°N,45°W)附近两个涡漩的变化。第三模态表征的是几内亚海湾上升流和赤道北部下降流在6~7月强度达到最大。对EOF时间系数曲线的经验模态分解(EMD),结果表明热带大西洋低频变化包含的成分主要有:0.5,1,2,4和6 a。其中1 a周期是热带大西洋海面高度变化最主要的周期成分,0.5 a周期和2 a周期也是热带大西洋海面高度变化的重要形式;而4 a和6 a周期所占的比例较小。另外EMD方法还分解出1997~1998年太平洋El Nino事件对热带大西洋海面高度的影响。

海浪成长状态对TOPEX/Poseidon高度计风速反演的影响

以墨西哥湾同步高度计、浮标资料为例,研究了海浪成长状态对高度计风速反演的影响。同步的高度计风速和浮标风速比较显示,在墨西哥湾地区,海浪成长状态对高度计风速反演有较大影响。在考虑海浪成长状态影响的条件下,利用谱模型反演高度计风速,取得了较好的效果。与目前TOPEX/Poseidon高度计风速反演业务化算法相比,在海浪未充分成长条件下,考虑海浪成长状态影响后,根据谱模型反演获得的风速与浮标风速之间的均方根误差减小了30%,平均误差减小了83%。在利用谱模型算法反演高度计风速时,谱模型中的波龄因子(表示海浪成长状态)可以根据高度计测得的有效波高和风速获得,因此该方法具有广泛的适用性。

中国近海TOPEX/POSEIDON卫星测高数据处理的初步结果

本文分析处理了TOPEX/POSEIDON卫星1～82周期的测高数据。重新计算了逆气压改正数;利用共线法计算的TOPEX和POSEIDON之间相对偏差估值为19.9±1cm;将编辑后的海面高与Basic和Rapp计算的平均海面高进行比较,发现二者之间存在明显的系统偏差。

基于TOPEX/Poseidon卫星数据的江河流量测算

TOPEX/Poseidon卫星的原始目的是测量海面高度变化信息,为海洋监测服务.作者通过假设基准面的方法,将由TOPEX/Poseidon卫星数据估算的下垫面水位相对变化信息转化为'水位'系列并建立了由TOPEX/Poseidon得出的'水位'与相邻水文站实测流量间的相关关系,进而实现了由TOPEX/Poseidon卫星数据估算河道流量的目的.利用1998～1999年TOPEX/Poseidon在长江下游大通附近的过境数据和对应年份大通水文站实测流量数据,验证了本方法的可行性.研究结果表明:在长江下游河道地区,由TOPEX/Poseidon卫星数据可定量估算出河流流量信息.

TOPEX/POSEIDON高度计浅海潮汐混淆的初步分析

根据对卫星轨道特征和观测结果的分析，对TOPEX／POSEIDON（简称T／P）星载高度计在我国近海的潮致混淆现象进行了初步研究．分析表明，在浅海区T／P高度计的观测结果存在很强的潮致高频混淆．NASA分发的地球物理记录中所提供的潮汐订正值虽适用于大洋，但不能有效地除去浅海潮汐．虽然如此，T／P潮致混淆的主要频段的周期小于90d，因而可以通过滤波方法提取周期较长的海面高度季节信号，从而用于季节环流（如南海季风环流）的研究．采用FFT／IFFT方法滤波试验的结果显示，T／P的海面高度观测结果有很高的精度，滤波处理后的海面高度距平变化和地面潮位观测结果一致性良好，上、下行轨道交叉处相邻测点间的标准偏差在3cm左右，可满足南海环流研究的需要．

引入差比关系法分析西北太平洋TOPEX/POSEIDON卫星高度计测高数据

TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计数据信息中存在周期成分混淆问题 .对其中的一类混淆引入差比关系方法对混淆的分潮进行分离 .卫星轨道交叉点资料包括升轨和降轨资料 ,资料量比沿轨点资料多 1倍 ,经分析发现 :在已有为期 6a多的观测资料时间序列中 ,在沿轨处混淆的分潮如K1和SSA在交叉点处不再混淆 ,可以直接分离 .因此首先对交叉点资料进行调和分析 .然后由交叉点的分析结果得到分潮间的差比关系 ,处理到相近的沿轨点处 ,从而得到沿轨点的调和常数 .用引入差比关系方法 ,对西北太平洋海区 6a多的T/P卫星高度计资料进行了潮汐分析 ,并与沿岸及岛屿验潮站资料进行了比较 ,所得结果较满意 .

由TOPEX/Poseidon和验潮站监测香港海平面变化

利用TOPEX／Poseidon卫星测高资料和验潮站资料计算了1994～2000年香港邻近海域的年均和季均海平面变化。结果表明，两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性，但由T／P卫星测高资料得到的绝对海平面上升速率为7．73mm／a，比由验潮站数据得到的12．18mm／a相对海平面上升速率低4．45mm／a。对比同时期香港验潮站处的陆地沉陷速率表明，卫星测高数据与验潮站数据推出的验潮站陆地垂直运动速率，可以用来验证和估算验潮站处的地面升降运动。