發(fā)布時間：2018-02-28 18:29

  本文關(guān)鍵詞： 衛(wèi)星測高 海洋潮汐 潮汐分析 混疊 海潮模型 數(shù)據(jù)同化　出處：《武漢大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：海洋潮汐作為時變海面的重要組成部分,是最常見的海洋自然現(xiàn)象之一,與人類的生存環(huán)境密切相關(guān),作為一個自然科學(xué)問題,已有千百年的研究認(rèn)識歷史。作為一個發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)問題,一切海洋活動都需要海潮漲落的精確信息。隨著空間對地觀測技術(shù)的發(fā)展,海洋潮汐和海洋、大氣、陸地水及兩極冰蓋等負(fù)荷效應(yīng)對固定在地球表面的任何測量都有影響,為了達(dá)到各自觀測的科學(xué)目標(biāo),必須建立精密的海洋潮汐模型來有效修正這些影響。過去的二十年里,衛(wèi)星測高技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟,使我們對全球海洋有了更近一步的認(rèn)識,它革命性地改變了傳統(tǒng)潮汐測量模式,極大地豐富了海洋的觀測數(shù)據(jù),特別是開闊海域的水位觀測數(shù)據(jù),使得全球海洋潮汐模型有了重大發(fā)展。潮汐分析可以直接從測高海面高觀測時間序列中提取潮汐的調(diào)和常數(shù)或者相應(yīng)的權(quán)參數(shù),然而對于執(zhí)行精密重復(fù)軌道任務(wù)的測高衛(wèi)星來說,周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于作為潮汐主體的半日分潮和主要分潮,勢必會導(dǎo)致混疊現(xiàn)象,如何克服混疊效應(yīng)及其導(dǎo)致的分潮間相關(guān)現(xiàn)象是利用衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)建立海潮模型的首要問題。每顆測高衛(wèi)星都有自己的優(yōu)勢和局限性,雖然單一衛(wèi)星或者單一系列衛(wèi)星所能獲取的潮汐信息精度尚可,但是難以滿足各研究領(lǐng)域?qū)３蹦Ｐ透邥r空分辨率的需求。隨著多源多代衛(wèi)星衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)的積累,為了使海潮模型有更高的時空分辨率,聯(lián)合多種衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)是研究海洋潮汐的必然趨勢。由于受復(fù)雜的海洋環(huán)境和陸地反射的影響,衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)在近海海域數(shù)據(jù)質(zhì)量普遍較差,在聯(lián)合多種測高數(shù)據(jù)的同時,應(yīng)用數(shù)據(jù)同化等方法改善全球海洋潮汐模型的近海海域部分也是當(dāng)前潮汐研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。 本文聯(lián)合多種測高數(shù)據(jù),從潮汐的混疊效應(yīng)著手,分析多種不同重復(fù)周期的測高衛(wèi)星中存在的混疊現(xiàn)象,研究不同采樣規(guī)律對消除和削弱混疊現(xiàn)象的作用,詳細(xì)分析和比較不同提取方案和潮汐分析方法的優(yōu)劣性,解決從衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)提取潮汐信息的若干關(guān)鍵問題,探討潮汐信號與非潮汐時變信號之間的相關(guān)性,在總結(jié)確定海潮模型的具體理論和方法的基礎(chǔ)上,聯(lián)合多種測高數(shù)據(jù)確定全球海洋潮汐經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?并利用代表函數(shù)展開法同化測高和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)確定中國海及其鄰近海域局部精化海潮模型。具體工作和主要成果如下： (1)從潮汐基本理論的歷史發(fā)展脈絡(luò)出發(fā),評述了海洋潮汐研究的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)意義。從現(xiàn)代潮汐測量技術(shù)和衛(wèi)星測高技術(shù)兩個方面評述了全球海洋潮汐模型的發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用,進(jìn)而根據(jù)相關(guān)地球科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)目標(biāo)對潮汐模型精度和分辨率的要求,闡述發(fā)展海洋潮汐模型的必要性。 (2)闡述了建立海洋潮汐模型所涉及的基礎(chǔ)理論,包括平衡潮理論和潮汐動力學(xué)理論,以及引潮位的展開和潮汐分析方法,為進(jìn)一步研究基于衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)解算潮汐調(diào)和常數(shù)提供理論依據(jù)。 (3)從衛(wèi)星測高的基本原理出發(fā),重點(diǎn)分析了衛(wèi)星測高重復(fù)采樣條件下的潮汐混疊現(xiàn)象及其導(dǎo)致的分潮相關(guān)性,利用數(shù)字分析證明了利用衛(wèi)星測高地面鄰近平行軌跡和交叉軌跡上的相位進(jìn)動差可以判斷衛(wèi)星分潮間的相關(guān)性,特別是對于ERS-1/2, Envisat-1和GFO等衛(wèi)星,雖然不如T/P的軌道設(shè)計具有良好的分辨分潮的能力,但是根據(jù)其交叉軌跡相位進(jìn)動差提供的有效信息,可以判斷數(shù)據(jù)中是否包含了有用的潮汐信息,為聯(lián)合多種測高數(shù)據(jù)確定海潮模型提供了理論上的先決條件。 (4)詳細(xì)討論了不同測高衛(wèi)星海而高聯(lián)合數(shù)據(jù)處理的技術(shù)與方法,研究不同測高衛(wèi)星海面高參考框架的統(tǒng)一技術(shù)。在統(tǒng)一處理多種測高數(shù)據(jù)以及統(tǒng)一參考框架的基礎(chǔ)上,構(gòu)建不同系列衛(wèi)星的海平面觀測時間序列。利用沿軌提取方案對T/P, Jason-1/2系列變軌前20年的觀測序列和變軌后6年的觀測序列分別進(jìn)行調(diào)和分析和正交響應(yīng)分析。結(jié)果表明,對于較短的觀測時段,正交響應(yīng)分析的結(jié)果略優(yōu)于調(diào)和分析。在觀測時段滿足分離任意兩個分潮的會合周期時,兩種方法的分析結(jié)果具有良好的一致性,8個主要分潮在交叉點(diǎn)位置的振幅內(nèi)符合精度均優(yōu)于1cm。同時對交叉點(diǎn)分析和沿軌分析結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表明,在相同觀測時段不同采樣規(guī)律的條件下,交叉點(diǎn)分析結(jié)果明顯優(yōu)于沿軌分析,驗(yàn)證了不規(guī)則采樣具有良好的去相關(guān)作用,求解的潮汐調(diào)和常數(shù)精度更高。 (5) ERS-1/2, Envisat-1衛(wèi)星能夠覆蓋±81.5°以內(nèi)的海域,是對T/P系列衛(wèi)星很好的補(bǔ)充,但是鑒于太陽同步軌道的衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)中S2、K1、P1,分潮的不可分辨性,如何揚(yáng)長避短從其十幾年的觀測資料中提取高精度的潮汐信息是當(dāng)前亟需研究的問題。在調(diào)和分析方式不適用的條件F,采用調(diào)和分析與正交響應(yīng)分析相結(jié)合的方式提取了ERS-2、Envisat-1系列衛(wèi)星在中國海及鄰近海域的潮汐調(diào)和常數(shù)。結(jié)果表明從ERS系列衛(wèi)星觀測時間序列中完全可以提取出與T/P衛(wèi)星精度相當(dāng)?shù)奶幏殖?并把K1、P1,從Sa分離出來,把K2從Ssa中分離出來,其中P,與T/P的符合精度優(yōu)于3cm。與驗(yàn)潮站的比較結(jié)果略優(yōu)于T/P與之比較的結(jié)果。 (6)結(jié)合國內(nèi)外海潮模型的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀,詳細(xì)地總結(jié)和歸納了建立海潮模型的基本理論理論和方法,其中主要包括流體動力學(xué)數(shù)值解法,聯(lián)合實(shí)際觀測資料(驗(yàn)潮站、衛(wèi)星測高等)與動力學(xué)模式的數(shù)據(jù)同化方法以及經(jīng)驗(yàn)分析方法,并分析了不同方法的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)研究了變分同化中的伴隨法和代表函數(shù)展開法,以及經(jīng)驗(yàn)分析的具體計算步驟。 (7)基于精化的多源多代衛(wèi)星測高數(shù)據(jù),利用主要分潮調(diào)和常數(shù)的空間相關(guān)性,建立了15'×15'全球海洋海潮模型WHU12。在開闊海域,其與幾個具有代表性的全球海洋潮汐模型符合較好。在淺海海域,精度降低一個量級,但是WHU12在中國海域的表現(xiàn)略好于其他模型。在此基礎(chǔ)上,利用代表函數(shù)展開法同化T/P,Jason-1/2系列衛(wèi)星變軌前的20年連續(xù)觀測資料以及近岸驗(yàn)潮站調(diào)和常數(shù)建立了7.5'×7.5'的局部模型WHUCS12,更準(zhǔn)確地反映了中國近海的潮汐結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P228.3;P731.23

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 許軍;暴景陽;章傳銀;;聯(lián)合TOPEX/Poseidon與Geosat/ERM測高資料建立區(qū)域潮汐模型的研究[J];測繪科學(xué);2006年02期

2 李建成;寧津生;晁定波;姜衛(wèi)平;;衛(wèi)星測高在大地測量學(xué)中的應(yīng)用及進(jìn)展[J];測繪科學(xué);2006年06期

3 孫新軒;許軍;暴景陽;;利用T/P衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)提取潮汐參數(shù)的研究[J];測繪通報;2006年07期

4 暴景陽,晁定波,李建成;南中國海TOPEX/POSEIDON軌跡交叉點(diǎn)測高數(shù)據(jù)的潮汐調(diào)和分析[J];測繪學(xué)報;2000年01期

5 李建成,寧津生,陳俊勇,晁定波;中國海域大地水準(zhǔn)面和重力異常的確定[J];測繪學(xué)報;2003年02期

6 郗欽文;現(xiàn)代引潮位質(zhì)疑與調(diào)和分析方法評論[J];大地測量與地球動力學(xué);2002年02期

7 郝洪濤;孫和平;;利用數(shù)值計算法實(shí)施引潮位的解析展開[J];大地測量與地球動力學(xué);2007年02期

8 汪海洪;鐘波;王偉;于丹;;衛(wèi)星測高的局限與新技術(shù)發(fā)展[J];大地測量與地球動力學(xué);2009年01期

9 郗欽文;精密引潮位展開及某些詮釋[J];地球物理學(xué)報;1991年02期

10 郗欽文;精密引潮位展開的精度評定[J];地球物理學(xué)報;1992年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 馬寨璞;海洋流場數(shù)據(jù)同化方法與應(yīng)用的研究[D];浙江大學(xué);2002年

2 張繼才;三維正壓潮汐潮流伴隨同化模型數(shù)值建模及應(yīng)用研究[D];中國海洋大學(xué);2008年

，

本文編號：1548443