本文選題：合成孔徑雷達(dá)　切入點(diǎn)：海表風(fēng)場(chǎng)　出處：《華東師范大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：長(zhǎng)江河口海岸地區(qū)各種水動(dòng)力綜合作用塑造了復(fù)雜多變的河口地貌形態(tài),促進(jìn)了河口的不斷演變。泥沙運(yùn)動(dòng)正是動(dòng)力作用與地貌演變之間的紐帶。如何更好地利用不同時(shí)相、不同空間分辨率、不同電磁波波段和主、被動(dòng)遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式,進(jìn)行長(zhǎng)江河口及鄰近海域不同尺度、不同性質(zhì)水體動(dòng)力參數(shù)的常規(guī)持續(xù)監(jiān)測(cè)是對(duì)海洋遙感應(yīng)用提出的全新挑戰(zhàn)。據(jù)此,本文以遙感學(xué)、物理海洋學(xué)、地理信息系統(tǒng)等相關(guān)學(xué)科的理論為指導(dǎo),基于3S技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)等,選取多源遙感數(shù)據(jù),深入研究河口及鄰近海域表層水體參數(shù)(海表風(fēng)場(chǎng)、海表流場(chǎng)及海表懸浮泥沙濃度)的遙感成像特征和成像機(jī)理,構(gòu)建表層水體參數(shù)的遙感反演模型,實(shí)現(xiàn)表層水體參數(shù)的快速、大面積常規(guī)持續(xù)觀測(cè)。在此基礎(chǔ)上,輔以長(zhǎng)江河口及鄰近海域的氣象數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等,研究長(zhǎng)江入海泥沙在各種水動(dòng)力綜合作用下引起的河口及鄰近海域懸浮泥沙時(shí)空分布特征,探討懸浮泥沙的擴(kuò)散范圍和動(dòng)力機(jī)制。此項(xiàng)研究將有助于更好地理解河口陸海相互作用特點(diǎn),為河口海岸工程、沉積地貌演變及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下4個(gè)方面： 1)SAR海表風(fēng)場(chǎng)反演 選取ERS2-SAR, ENVISAT-ASAR微波雷達(dá)數(shù)據(jù),通過(guò)改進(jìn)基于2D FFT的風(fēng)向反演算法,結(jié)合CMOD4風(fēng)速反演模型,獲取高精度高空間分辨率的海表風(fēng)場(chǎng)。SAR風(fēng)場(chǎng)反演結(jié)果與QuikSCAT風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品及WRF模型風(fēng)矢量結(jié)果表現(xiàn)了很好的一致性,風(fēng)速相關(guān)系數(shù)分別為0.92和0.87,風(fēng)向相關(guān)系數(shù)分別為0.95和0.85。高相關(guān)關(guān)系證明了SAR用于海表風(fēng)場(chǎng)反演的能力,其高空間分辨率的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)更有利于揭示復(fù)雜多變的海岸帶風(fēng)場(chǎng)。聯(lián)合開(kāi)闊海域QuikSCAT風(fēng)產(chǎn)品與海岸帶地區(qū)SAR風(fēng)場(chǎng)反演結(jié)果,可以獲得全球范圍內(nèi)的高質(zhì)量海表風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。定性定量評(píng)估CMOD4模型用于SAR風(fēng)速反演的主要誤差源,發(fā)現(xiàn)由于NRCS不精確導(dǎo)致風(fēng)速相對(duì)誤差最大值為45%；由于風(fēng)向不精確導(dǎo)致的風(fēng)速相對(duì)誤差最大值為24%；當(dāng)格網(wǎng)單元大小小于0.5km時(shí),NRCS的變化很大程度上是由噪聲引起的,從而影響SAR風(fēng)速的精確估算。對(duì)于諸如臺(tái)風(fēng)這樣的高風(fēng)速海面風(fēng)場(chǎng),通過(guò)實(shí)例證實(shí)了采用CMOD5反演模型可準(zhǔn)確的確定臺(tái)風(fēng)中心位置、臺(tái)風(fēng)空間結(jié)構(gòu)及臺(tái)風(fēng)風(fēng)速,這對(duì)于海洋災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在此基礎(chǔ)上,SAR風(fēng)場(chǎng)與數(shù)值模擬數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行海洋動(dòng)態(tài)研究是一次很好的嘗試,證實(shí)了海洋遙感參數(shù)有利于數(shù)值模擬精度的提高,同時(shí)對(duì)海洋遙感數(shù)據(jù)源提出了高時(shí)相分辨率的需求。 2) ASAR海表流場(chǎng)反演 選取ENVISAT-ASAR微波雷達(dá)數(shù)據(jù),基于多普勒質(zhì)心頻率異常理論反演海表多普勒流場(chǎng)。經(jīng)方位向、距離向誤差校正及去除海表風(fēng)矢量對(duì)多普勒質(zhì)心頻率的貢獻(xiàn)可獲取海表多普勒流場(chǎng)。多普勒頻率異常方法反演海表流速的分辨率在方位向?yàn)?km,距離向?yàn)?km。下行軌道ENVISAT-ASAR成像定位特征更適合獲取長(zhǎng)江入海及長(zhǎng)江口鄰近海域表層流場(chǎng)的空間變化特征。定性定量探討了NRCS方位向劇烈梯度變化、低入射角、不精確的風(fēng)矢量以及雨對(duì)多普勒流速估算的影響。當(dāng)雷達(dá)入射角低于30°時(shí),ASAR多普勒速率的誤差會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)拐點(diǎn)；采用ASAR自身反演的海表風(fēng)場(chǎng),可降低海表風(fēng)矢量對(duì)多普勒頻率異常造成的誤差；雨的出現(xiàn)導(dǎo)致雷達(dá)NRCS增加/降低,從而對(duì)多普勒質(zhì)心頻率異常產(chǎn)生偏差。ASAR多普勒流場(chǎng)與FVCOM數(shù)值模擬的海表流場(chǎng)吻合較好,存在較為一致的流速和流向,證實(shí)了基于多普勒質(zhì)心異常理論反演ASAR海表流場(chǎng)的可行性和可靠性。ASAR海表流場(chǎng)能夠反映局地海洋環(huán)境狀況,對(duì)于揭示中國(guó)東海海域多尺度的海洋動(dòng)態(tài)至關(guān)重要；也將有助于更好地理解ASAR影像的成像機(jī)理,提高定量化解釋ASAR影像上海表流場(chǎng)特征的能力。 3) MERIS海表懸浮泥沙濃度反演 MERIS海表懸浮泥沙濃度反演結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合較好,論證了基于MERIS數(shù)據(jù)的半經(jīng)驗(yàn)半分析SERT模型用于高濁度水體泥沙反演的適用性和可靠性。洪季時(shí),長(zhǎng)江河口表層懸浮泥沙濃度最大可達(dá)3.0kg/m3,出現(xiàn)在南匯嘴及杭州灣附近；枯季時(shí),長(zhǎng)江河口表層懸浮泥沙濃度最大可達(dá)1.2-1.6kg/m3,出現(xiàn)在杭州灣及洋山港附近；汊道內(nèi)表層懸沙濃度受徑流和潮流影響較大,濃度出現(xiàn)較大波動(dòng)。通常情況下,長(zhǎng)江河口及鄰近海域從徐六涇至最大渾濁帶至杭州灣,表層懸浮泥沙濃度整體上呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),縱向上相對(duì)于上游河段、下側(cè)海域而言,高懸浮泥沙濃度出現(xiàn)在最大渾濁帶區(qū)域,橫向上從長(zhǎng)江口至杭州灣表層懸浮泥沙濃度不斷增加。整體而言,大潮期間表層懸沙濃度大于尋常潮期間大于小潮期間；表層懸沙濃度的季節(jié)性變化顯著,自徐六涇至口門(mén)表層懸沙濃度夏高冬低；南北槽汊道,表層懸沙濃度的季節(jié)性變化幅度較弱,時(shí)有轉(zhuǎn)換趨勢(shì),即有時(shí)表現(xiàn)為夏高冬低,有時(shí)為夏低冬高；口外海濱及杭州灣區(qū)域表現(xiàn)為冬高夏低。 4)長(zhǎng)江河口及鄰近海域表層懸浮泥沙驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究 基于多源遙感數(shù)據(jù),輔以氣象數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),探討了長(zhǎng)江河口及鄰近海域表層懸浮泥沙驅(qū)動(dòng)因子,結(jié)果表明徑流對(duì)懸浮泥沙的影響主要表現(xiàn)在以徑流作用為主的口內(nèi)河段：潮流是長(zhǎng)江口外及杭州灣的主要?jiǎng)恿σ蜃?制約著懸浮泥沙的分布；風(fēng)向風(fēng)速是控制渾水帶擴(kuò)散范圍的一個(gè)主要因素,其變化可引起渾水帶寬度大幅度的變動(dòng)。
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【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV148

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1685365