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

【摘要】：近海海洋環(huán)境包含眾多復雜過程,然而缺少足夠的大面積高分辨率的實測數(shù)據(jù)往往是制約近海海洋研究開展的首要問題。高頻雷達利用遙感方式可以準實時獲取大面積連續(xù)的海表面信息,因而對高頻雷達資料反演的研究具有重要意義。本文使用了為期13個月時長的兩座相控陣高頻雷達資料,分析了回波信號特征,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)的計算結(jié)果和精度分析。本文關(guān)注的是地波高頻雷達,其探測海面的基本原理是Bragg共振散射。文中回顧了高頻雷達的發(fā)展歷史及其應(yīng)用,介紹了高頻雷達電磁波工作的基本理論,全面闡述了使用雷達資料反演海表面流、風向和涌浪參數(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。本文基于大量的實測數(shù)據(jù)樣本,從理論分析和數(shù)據(jù)觀察統(tǒng)計兩方面出發(fā),提出了一系列回波信號處理和質(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)不同物理過程的特點,海流和風的反演使用的是每20 min的回波譜；涌浪參數(shù)的反演使用的是一小時平均的回波譜。文中統(tǒng)計了兩座雷達站接收到的信號中達到涌浪參數(shù)計算標準的合格譜數(shù)目。在海洋參數(shù)的計算過程中,本文使用了一套計算資源占用較低而效率較高的自動化程序?qū)走_回波譜進行批量處理和計算。文中通過測量單站回波譜中Bragg峰的多普勒頻移獲得海流的徑向流速,通過雙站流速矢量合成獲得海表面流矢量場。計算了Iroise海區(qū)年平均海流場,及其渦度和散度。文中通過回波譜中Bragg峰比值的變化反演風向。使用了不同的經(jīng)驗方法得到了相對風向計算結(jié)果,經(jīng)檢驗與模式結(jié)果符合良好。使用了不同的方向分布模型測定了Iroise海區(qū)方向分布函數(shù)中的擴展因子。本文重點關(guān)注了通過二階回波譜進行涌浪參數(shù)的計算,并分別使用了浮標和海浪模式(WAVEWATCH III)數(shù)據(jù)對雷達反演結(jié)果進行了檢驗。結(jié)果表明涌浪頻率的計算結(jié)果精度非常高,涌浪有效波高的計算精度良好,而涌浪相對波向的計算精度較差。兩座雷達站回波信號的一致性通過比較二者獲取的觀測結(jié)果得以確定。使用雙站資料不僅被證明可以進一步提高反演精度,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波向。在涌浪有效波高的計算過程中,本文結(jié)合對雷達二階截面積分方程的探討及對相對波向計算結(jié)果的觀察,首次提出了采用相對波向常數(shù)化的方法。由此不僅得到了與浮標數(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。本文對高頻雷達觀測涌浪的精度進行了深入分析,量化了雷達觀測的隨機誤差,并通過不同手段之間的差異對比估計了雷達自身觀測不確定性及其他因素的貢獻。
【關(guān)鍵詞】：高頻雷達 多普勒譜 涌浪 海流 風向 Iriose海
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P715.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 高頻雷達系統(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 海流計算原理23-25
• 2.3 風向計算原理25-29
• 2.4 涌浪參數(shù)計算原理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 雷達數(shù)據(jù)處理39-55
• 3.1 雷達站位置和參數(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52-54
• 3.6 小結(jié)54-55
• 4 海流計算結(jié)果55-68
• 4.1 徑向流速55-58
• 4.2 流矢量合成58-62
• 4.3 SeaSonde測量的海流場62-67
• 4.4 小結(jié)67-68
• 5 風向計算結(jié)果68-74
• 5.1 雷達反演相對風向結(jié)果68-69
• 5.2 方向擴展因子的測定69-73
• 5.3 小結(jié)73-74
• 6 涌浪計算結(jié)果74-109
• 6.1 涌浪頻率74-91
• 6.1.1 雷達觀測的一致性74-79
• 6.1.2 雷達計算涌浪頻率與浮標數(shù)據(jù)對比79-84
• 6.1.3 雷達計算涌浪頻率與模式數(shù)據(jù)對比84-91
• 6.2 涌浪波向91-98
• 6.2.1 兩種相對波向計算方法的比較91-92
• 6.2.2 雷達計算結(jié)果與模式結(jié)果的比較92-96
• 6.2.3 絕對波向96-98
• 6.3 涌浪有效波高98-108
• 6.3.1 雷達反演涌浪有效波高與浮標數(shù)據(jù)比較98-100
• 6.3.2 雷達結(jié)果與模式數(shù)據(jù)對比100-106
• 6.3.3 兩座雷達觀測結(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 雷達觀測內(nèi)在誤差109-112
• 7.1.1 涌浪頻率反演的隨機誤差109-111
• 7.1.2 涌浪相對波向反演的隨機誤差111-112
• 7.1.3 涌浪有效波高反演的隨機誤差112
• 7.2 觀測方法之間的差異112-113
• 7.3 浮標/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 本文仍需改進之處116-118
• 附錄1118-120
• 參考文獻120-129
• 致謝129-130
• 個人簡歷130-131
• 發(fā)表的學術(shù)論文131

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本文編號：465072