本文關(guān)鍵詞：高頻雷達(dá)反演涌浪及其他近海物理過(guò)程的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近海海洋環(huán)境包含眾多復(fù)雜過(guò)程,然而缺少足夠的大面積高分辨率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往是制約近海海洋研究開(kāi)展的首要問(wèn)題。高頻雷達(dá)利用遙感方式可以準(zhǔn)實(shí)時(shí)獲取大面積連續(xù)的海表面信息,因而對(duì)高頻雷達(dá)資料反演的研究具有重要意義。本文使用了為期13個(gè)月時(shí)長(zhǎng)的兩座相控陣高頻雷達(dá)資料,分析了回波信號(hào)特征,探討了數(shù)據(jù)處理和反演的方法,并給出了部分海表面參數(shù)的計(jì)算結(jié)果和精度分析。本文關(guān)注的是地波高頻雷達(dá),其探測(cè)海面的基本原理是Bragg共振散射。文中回顧了高頻雷達(dá)的發(fā)展歷史及其應(yīng)用,介紹了高頻雷達(dá)電磁波工作的基本理論,全面闡述了使用雷達(dá)資料反演海表面流、風(fēng)向和涌浪參數(shù)的原理和方法。并從理論上探討了涌浪參數(shù)反演方法的可行性。本文基于大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本,從理論分析和數(shù)據(jù)觀察統(tǒng)計(jì)兩方面出發(fā),提出了一系列回波信號(hào)處理和質(zhì)量控制的方法,包括噪聲水平的確定、數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間上的平滑、譜峰間距的大小,譜峰寬度的閾值等等。根據(jù)不同物理過(guò)程的特點(diǎn),海流和風(fēng)的反演使用的是每20 min的回波譜；涌浪參數(shù)的反演使用的是一小時(shí)平均的回波譜。文中統(tǒng)計(jì)了兩座雷達(dá)站接收到的信號(hào)中達(dá)到涌浪參數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的合格譜數(shù)目。在海洋參數(shù)的計(jì)算過(guò)程中,本文使用了一套計(jì)算資源占用較低而效率較高的自動(dòng)化程序?qū)走_(dá)回波譜進(jìn)行批量處理和計(jì)算。文中通過(guò)測(cè)量單站回波譜中Bragg峰的多普勒頻移獲得海流的徑向流速,通過(guò)雙站流速矢量合成獲得海表面流矢量場(chǎng)。計(jì)算了Iroise海區(qū)年平均海流場(chǎng),及其渦度和散度。文中通過(guò)回波譜中Bragg峰比值的變化反演風(fēng)向。使用了不同的經(jīng)驗(yàn)方法得到了相對(duì)風(fēng)向計(jì)算結(jié)果,經(jīng)檢驗(yàn)與模式結(jié)果符合良好。使用了不同的方向分布模型測(cè)定了Iroise海區(qū)方向分布函數(shù)中的擴(kuò)展因子。本文重點(diǎn)關(guān)注了通過(guò)二階回波譜進(jìn)行涌浪參數(shù)的計(jì)算,并分別使用了浮標(biāo)和海浪模式(WAVEWATCH III)數(shù)據(jù)對(duì)雷達(dá)反演結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明涌浪頻率的計(jì)算結(jié)果精度非常高,涌浪有效波高的計(jì)算精度良好,而涌浪相對(duì)波向的計(jì)算精度較差。兩座雷達(dá)站回波信號(hào)的一致性通過(guò)比較二者獲取的觀測(cè)結(jié)果得以確定。使用雙站資料不僅被證明可以進(jìn)一步提高反演精度,而且可以解決單站反演波向的方向模糊,得到具有一定精度的絕對(duì)波向。在涌浪有效波高的計(jì)算過(guò)程中,本文結(jié)合對(duì)雷達(dá)二階截面積分方程的探討及對(duì)相對(duì)波向計(jì)算結(jié)果的觀察,首次提出了采用相對(duì)波向常數(shù)化的方法。由此不僅得到了與浮標(biāo)數(shù)據(jù)和模式數(shù)據(jù)符合得更好的結(jié)果,而且有效數(shù)據(jù)樣本顯著增多,結(jié)果的不確定性大大減小。本文對(duì)高頻雷達(dá)觀測(cè)涌浪的精度進(jìn)行了深入分析,量化了雷達(dá)觀測(cè)的隨機(jī)誤差,并通過(guò)不同手段之間的差異對(duì)比估計(jì)了雷達(dá)自身觀測(cè)不確定性及其他因素的貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：高頻雷達(dá) 多普勒譜 涌浪 海流 風(fēng)向 Iriose海
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P715.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 高頻雷達(dá)系統(tǒng)介紹11-12
• 1.2 發(fā)展歷史12-13
• 1.3 HFR的應(yīng)用13-15
• 1.4 研究目標(biāo)及意義15-18
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)18-19
• 2 方法19-39
• 2.1 電磁波散射原理19-23
• 2.2 海流計(jì)算原理23-25
• 2.3 風(fēng)向計(jì)算原理25-29
• 2.4 涌浪參數(shù)計(jì)算原理29-38
• 2.4.1 涌浪頻率32-33
• 2.4.2 涌浪波高33-36
• 2.4.3 涌浪方向36-38
• 2.5 小結(jié)38-39
• 3 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理39-55
• 3.1 雷達(dá)站位置和參數(shù)39-41
• 3.2 波束形成41-42
• 3.3 回波譜平滑42-46
• 3.4 質(zhì)量控制46-52
• 3.5 合格回波譜統(tǒng)計(jì)52-54
• 3.6 小結(jié)54-55
• 4 海流計(jì)算結(jié)果55-68
• 4.1 徑向流速55-58
• 4.2 流矢量合成58-62
• 4.3 SeaSonde測(cè)量的海流場(chǎng)62-67
• 4.4 小結(jié)67-68
• 5 風(fēng)向計(jì)算結(jié)果68-74
• 5.1 雷達(dá)反演相對(duì)風(fēng)向結(jié)果68-69
• 5.2 方向擴(kuò)展因子的測(cè)定69-73
• 5.3 小結(jié)73-74
• 6 涌浪計(jì)算結(jié)果74-109
• 6.1 涌浪頻率74-91
• 6.1.1 雷達(dá)觀測(cè)的一致性74-79
• 6.1.2 雷達(dá)計(jì)算涌浪頻率與浮標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比79-84
• 6.1.3 雷達(dá)計(jì)算涌浪頻率與模式數(shù)據(jù)對(duì)比84-91
• 6.2 涌浪波向91-98
• 6.2.1 兩種相對(duì)波向計(jì)算方法的比較91-92
• 6.2.2 雷達(dá)計(jì)算結(jié)果與模式結(jié)果的比較92-96
• 6.2.3 絕對(duì)波向96-98
• 6.3 涌浪有效波高98-108
• 6.3.1 雷達(dá)反演涌浪有效波高與浮標(biāo)數(shù)據(jù)比較98-100
• 6.3.2 雷達(dá)結(jié)果與模式數(shù)據(jù)對(duì)比100-106
• 6.3.3 兩座雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果一致性106-108
• 6.4 小結(jié)108-109
• 7 涌浪反演涌浪精度分析109-115
• 7.1 雷達(dá)觀測(cè)內(nèi)在誤差109-112
• 7.1.1 涌浪頻率反演的隨機(jī)誤差109-111
• 7.1.2 涌浪相對(duì)波向反演的隨機(jī)誤差111-112
• 7.1.3 涌浪有效波高反演的隨機(jī)誤差112
• 7.2 觀測(cè)方法之間的差異112-113
• 7.3 浮標(biāo)/模式結(jié)果自身的誤差113
• 7.4 小結(jié)113-115
• 8 結(jié)論及展望115-118
• 8.1 結(jié)論115-116
• 8.2 本文仍需改進(jìn)之處116-118
• 附錄1118-120
• 參考文獻(xiàn)120-129
• 致謝129-130
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷130-131
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文131

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