QuikSCAT卫星遥感风场可靠性分析及其揭示的中国近海风速分布

利用2000—2009年美国国家航空航天局(NASA)在中国近海海域(0°～45°N,105°～135°E)的QuikSCAT卫星遥感风场资料与近海测风塔(位于上海近海)、海上石油平台(位于东海和渤海)、岛屿站(南海珊瑚岛和西沙海边观测塔)的实测风场资料进行对比分析,检验了QuikSCAT卫星遥感风场资料在中国近海海域的可靠性。研究结果如下:各站点实测风速与站点位置以及站点附近的QuikSCAT卫星遥感风场资料相关系数均在0.7以上;QuikSCAT卫星遥感风场资料与海上石油平台的风速均方根误差较小(约1.5m/s);其年均值均大于实测值,差值范围是0.1～1.3m/s;其Weibull形状参数K与海上石油平台以及近海测风塔的K值较为接近,表明QuikSCAT卫星遥感风场资料各风速段的频次分布形态与观测站的实测值基本吻合,QuikSCAT卫星遥感风场资料能基本合理地反映出中国近海风速的分布状况。利用QuikSCAT卫星遥感风场资料分析了中国近海及其邻近水域风速的空间分布特征:(1)台湾海峡是中国近海风速最大的区域,从台湾海峡向东北至日本海,往西南至南海北部115°E附近和巴林塘海峡为风速的次大值区;(2)28°N到长江入海口的东海海域年均风速为7.0～7.5m/s,在黄海和渤海为5.5～7.0m/s,在南海北部自东向西由8.5m/s递减为6.0m/s,北部湾最大风速区位于东方附近海域。

2008年冬季台湾海峡及其邻近海域QuikSCAT卫星遥感风场的检验及应用分析

采用布放在台湾海峡及其邻近海域的2个浮标对2008年冬季（2008年12月至2009年2月）QuikSCAT卫星遥感观测的风场资料进行了检验.结果表明,这两者风速的相关系数为0.93,平均偏差为-0.03 m/s,均方根误差为1.10 m/s,平均绝对误差为1.54 m/s;风向平均偏差为-9.53°,均方根误差为22.83°,平均绝对误差为33.84.°这表明QuikSCAT卫星遥感风场资料在台湾海峡及其邻近海域冬季风观测中具有很高的适用性.本文利用2008年冬季QuikSCAT卫星遥感的平均风速场,分析了在＂狭管效应＂影响下台湾海峡及其邻近海域的风速特征.结果显示其平均风速具有3个基本特征：（1）台湾海峡中部存在着明显高于附近其他海域的高风速区,平均风速高出1~4m/s,风速高值区更贴近海峡东岸.（2）台湾海峡南部平均风速大于北部.（3）台湾岛东北角和西南角各有一个风速低值区.结合对2009年2月15~18日一次冷空气大风过程的分析发现,风速越大台湾海峡＂狭管效应＂越明显.

QuikSCAT卫星遥感与MM5模拟海表面风场的综合分析

利用2000—2009年中国近海海域（105~135°E,0°~45°N）Quik SCAT卫星遥感风场资料和2007年MM5模拟风速结果,运用对比验证、经验正交函数（empirical orthogonal functions,EOF）和奇异值分解（singular value decomposition,SVD）方法,分析了Quik SCAT卫星遥感风场资料和MM5数值模拟风速结果的特征。结果表明：两者风速的空间分布形态相似,且风速变化密切相关;QuikSCAT卫星遥感风场的空间分布形态更加接近实测结果,而模拟风速结果的量值更加接近实测结果。采用PS（Pattern-Scaling）方法分别提取了Quik SCAT卫星遥感风场的空间分布形态和模拟结果的量值,得到的风速空间分布形态与Quik SCAT卫星遥感风场一致,且风速量值与模拟风速结果相同。通过初步检验发现,PS方法改善了卫星遥感风速在中国近海海域风速偏大的问题。

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003-2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5-3.4m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.

南海海面风场和浪场季平均特征的卫星遥感分析

对南海海区的风速和有效波高的时空分布特征进行了研究分析。结果表明,南海海区风速和有效波高在空间分布上两者基本相似,且风速的分布明显反映出各种天气系统的影响。风速和有效波高在该海区分布的基本趋势:夏季受西南季风的影响呈现出南部大,北部小,其它季节为由南向北增强的分布,而10°N,110°E附近海区各季都有一较为稳定的高值区,其范围大小和中心位置随季节略有变动。风速和有效波高的数学统计特征也表现出两者基本一致的特点,平均风速和有效波高均在冬季最大。对比表明,高度计遥感海面风速和有效波高同以往局部海面依常规观测方法已取得的结论基本吻合,但由高度计观测获得的季平均有效波高值比常规观测值略大。

基于卫星遥感资料的海洋表层流场反演与估算

为解决实际海流资料探测困难,难以大范围有效获取的问题,利用2000～2008年卫星高度计资料和QuikSCAT卫星遥感风场资料,开展了全球海表地转流和Ekman流的反演估算;针对不同纬度地区(赤道和赤道以外地区)地转效应和海洋运动差异,引入不同的运动学模型和反演估算方案,反演得到0.5°×0.5°的逐周全球表层流产品.对比分析表明,卫星资料反演估算的海洋表层流场能较为客观、准确地表现实际海表流场的基本特征,进而为海洋热量和海洋物质输送等研究提供了可用的海流数据信息.

基于卫星遥感数据的全球表层流场反演重构

利用2000—2008年的卫星高度计资料和QuikSCAT风场资料,反演了全球的海表的地转流和Ekman流,将两者合成后生成了0.5°×0.5°的逐周全球表层流产品。在计算Ekman流的时候,引入了权重函数,改进了Lagerloef方法中Ekman流在25°S和25°N上的不连续问题。分析表明:卫星资料反演的流产品能够反映出海表流场的特征,将其分别与TAO观测和SCUD流产品进行定量化的比较显示,所得流产品具有较高的反演精度和可信度,说明改进的方法是有效的。

海洋二号卫星A星微波散射计在台风遥感监测中的应用

海洋二号卫星A星(HY-2A)搭载的微波散射计具有全天时、全天候的全球海面风场观测能力,每天可以观测全球90%的区域,捕捉到全球海域几乎所有的海洋气旋,是目前在轨运行的唯一具有该能力的海洋微波有效载荷。同时,微波散射计还可以确定台风强度、位置、方向和结构,为台风灾害的预警和预防提供有力的数据支撑。

ERS散射计全球海面风场数据处理与ElNino海面风场异常观测

星载散射测量技术是获取全球海面风场的有效手段。该文研究了欧洲遥感卫星（ＥＲＳ） 散射计全球海面风场数据的处理分析技术。对１９９７ 年３ 月、６ 月和１２ 月的全球海面风场数据进行平均处理，并同时与１９９６ 年６ 月和１９９５ 年１０ 月的观测数据进行对比，利用遥感技术发现了赤道太平洋西部的风场异常，从遥感资料上分析了１９９７ 年Ｅｌ Ｎｉｎｏ 现象的海面风场（ 风速与风向） 异常变化特征。研究结果显示了星载微波散射计在全球变化监测中的重要作用。

海洋二号卫星台风监测概况

海洋二号卫星简介2011年8月16日,海洋二号A星（HY-2A）在太原卫星发射中心成功发射。HY-2A卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,星上搭载微波散射计、雷达高度计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计4个微波遥感器,具有全天时、全天候、

南海海面风、浪场时空变化特征及其关系分析

利用长时间序列的卫星观测数据,对南海海域的风、浪场时空分布及其相互关系进行了分析。结果显示,海面风距平场VEOF分解后得到的第一模态具有明显的季节变化,即季风特征,说明季风是影响整个南海风速的主要因素;第二模态具有较强的区域变化特征,是季风转换时期的距平场特征;第三模态反映的是海面风距平场受陆地地形影响所表现的分布特征。有效波高距平场EOF分解后得到的第一模态、第二模态与风距平场的前2个模态的空间分布较为相似,并且,风、浪距平场第一模态间的相关系数达0.76,均说明南海作为边缘海其波浪场与风场变化有很好的相关性。有效波高第三模态的分布与风场的第三模态相关性较弱,反映的是受海底地形影响所表现的分布特征。

中国近海海上风场分布特征研究——以近10年(2010—2022年)为例

相比传统观测手段,卫星遥感技术具有易获取、大时空、低成本等优势,在海上风场资料观测方面具有独特优势。目前,行业内基于卫星遥感手段对中国近海海上风场的分布变化特征研究相对较少。文章利用2010—2022年海上风场融合资料,系统分析了中国近海海上风场近10年的时空分布变化特征。结果显示:卫星反演海面风场与实测海面风场相比具有较好的一致性,风速平均相对绝对误差为14.8%,均方差误差为1.1 m/s,风向的均方差误差为17.33°,平均偏差为15.17°;中国近海整体上呈现冬春季风速大、夏季风速低的特点,在东海和南海交界处呈现出三角形高风速区域。本研究成果有望对海上风电场的前期规划提供理论支撑和科学支持。

浙江近海夏季上升流的遥感观测与分析

利用2004年5—10月NOAA/AVHRR的SST资料和MOD IS(SeaWiFS)的叶绿素浓度资料研究浙江沿岸上升流的短周期变化,并结合同期的Qu ikSCAT风场资料,分析西南季风对上升流的影响。遥感观测结果表明,夏季研究海域内分布有两处上升流,浙江沿岸上升流位于29°—31°N,121.5°—123°E,核心区位于30°N附近,长江口上升流位于31°—32°N,122.5°—124°E,核心区大约在31.5°N附近,两者经常连在一起并呈长舌状分布在浙江沿岸,其沿西南-东北走向两侧具有明显的海洋锋现象。研究海域内低温海水约24—27℃,平均温度约25℃,低温区面积约10000—16000 km2,平均面积约13690 km2。2004年上升流季节变化明显,6月份出现在海面,7—8月份达到强盛期,9月份上升流开始衰退直至消失。叶绿素浓度结果表明,浙江近海分布有高叶绿素浓度,SST低温区与高Ch l-a区在时间、位置和形状上保持较好的一致性。同期海面风场表明,上升流强盛期,海面多盛行偏南风,相反,则盛行偏北风。沿岸风的变化是研究海域内上升流发生短期变化的一个重要因子。

1509号台风灿鸿期间“朱家尖-嵊山”高频地波雷达数据分析

2007年在朱家尖和嵊山布设了小型阵变频高频地波雷达,对共同覆盖范围内的舟山海域进行风、浪、流的业务化探测。2015年7月11日,1509号台风灿鸿在朱家尖沿海登陆,之后继续向北偏东方向移动,台风中心经过高频地波雷达探测海域。本文将台风期间高频地波雷达的探测数据分别与定点浮标观测数据和ASCAT卫星遥感大面积风场数据进行了对比分析。结果表明,高频地波雷达在台风期间较好地反映了舟山海域流场特征和风场分布情况,高频地波雷达的探测数据精度满足指标要求,验证了高频地波雷达在复杂海况条件下具有合格的探测性能。

舟山及邻近海域上升流长周期的遥感观测与分析

利用1987～2005年5～10月的SST资料;2002～2006年5～10月的叶绿素a资料及1992～2006年5～10月的海面风场资料,研究舟山及其邻近海域上升流的长周期变化与海面风矢量对其作用力。SST资料显示,研究海域内的上升流以海表温度下降的形式出现,其季节、年际变化明显;上升流现象年年存在,其与非上升流区的平均温差1.4℃。Chla资料显示,研究海域内上升流区分布着高叶绿素浓度,其范围与SST低温区在位置、时间及形状上大体一致。这些海域的高叶绿素浓度可能与上升流在涌生过程中从底层带到海表面的营养物质有关。风场对上升流作用明显,5～6月、8～9月是风向的南北转变期,风向由北向南转变时,上升流开始出现,反之,上升流逐渐减弱;6月底～8月初,研究海域被西南季风控制着,上升流在这期间最强盛,夏季盛行的西南季风是上升流形成的重要原因。

利用GPS反射信号遥感全球海态

最近几年 ,迅速发展一种新的空基海洋遥感技术。它在低轨卫星上接收经海面或地面反射的GPS信号 ,通过分析C/A或P码的相关函数波形及其后沿 ,获得全球海面平均高度、浪高、海面风场以及土壤湿度等 ,提供海洋中尺度涡旋发展、演变信息 ,监测和分析高纬地区冰层厚度。它采用无源探测方法 ,具有成本低、获取数据量多和快速等突出特点 ,是传统卫星高度计探测的重要补充和发展。该文讨论了这项技术发展现状、反射信号的时间延迟以及海态参数计算等关键技术 ;也给出作者利用掩星观测资料分析得到的海面反射回波一些重要结果。

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。

卫星遥感中风场对降雨飘移距离的影响及误差校正

首先利用海表面风速与高度的对数关系、风向与高度的关系,推算出高空的风速、风向及相应风力的大小。在此基础上根据降雨的形成高度,假定在海表面10 m处风速为10 m/s的情况下,得到单位质量为1的雨水在风场影响下的飘移距离在3—100 km之间,可以判定这个偏移距离即为在风场影响下卫星观测降雨的误差。利用上述方法对10组TRMM卫星降雨产品数据进行纠正,将纠正前后的TRMM数据与GPCP数据进行对比。结果显示,经过纠正的TRMM数据与GPCP数据更为一致,整体精度提高了12%左右,验证了方法的正确性。

QuikSCAT风场资料的位涡反演应用对“云娜”台风数值模拟影响研究

为了定量研究海面散射计风场对台风数值模拟的影响程度问题,从动力学角度出发,采用片段位涡反演技术,将非对称加强后的QuikSCAT卫星风场产品与底层NCEP资料风场的位涡差,作为扰动位涡,通过非线性平衡约束,反演出三维的扰动物理量场,从而得到QuikSCAT风场对模式大气的影响层次及量值大小,最后设计试验方案对"云娜"台风加强阶段进行了模拟研究。结果表明:QuikSCAT风场资料的合理引入,主要改善了初始大气底层状况,并通过平衡约束,部分修正了整层模式初始场;该资料反演的三维扰动平衡场,相对三维变分方法得到的物理量增量,对台风路径及强度的模拟发挥了明显的正效应;而且初步证明台风发展与底层环境,尤其是底层湿度场影响关系非常密切,因而完善台风底层资料的真实性,可以很大程度提高台风强度模拟水平。

楚科奇海海冰周年变化特征及其主要关联因素

利用1999年美国国家冰雪资料中心的各种卫星遥感综合分析数据对楚科奇海海冰周年变化进行详细分析,将全年的海冰变化过程分成密集冰封期、东岸融化期、单湾结构期、双湾结构期、三湾结构期、全线北撤期、南进封闭期、全面冻结期8个阶段。海冰冻结期仅2个月,海冰融化期持续4～5个月,说明融冰过程的吸热是个漫长的过程。太平洋与北冰洋海面高度差形成的正压压强梯度力是白令海水进入北冰洋的主要动力,白令海水进入冰下形成的暖水海冰边缘区是海冰融化的重要机制。白令海水在楚科奇海扩散过程受到海底地形产生的Taylor柱效应的显著影响,使其产生绕过浅滩,沿海谷流动,在海谷的方向上输送更多的水体和热量的现象,形成海冰融化的湾状结构。楚科奇海的局地风场也是海冰形态变化的重要因素之一。局地风场在冬季阻碍白令海水的入流,而在夏季促进白令海水的入流。