近实时全球海洋表层流场估算方法研究.pdf

《近实时全球海洋表层流场估算方法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第34卷第6期2015年12月海洋技术学报JOURNALOFOCEANTECHNOLOGY近实时全球海洋表层流场估算方法研究孙鹤泉1，周虹丽2张志刚1，张宇1，王华1(1．海军大连舰艇学院军事海洋系，辽宁大连116018；2．国家海洋技术中心，天津300112)摘要：利用海洋水色卫星遥感图像获得高分辨率海洋表层流场变化信息，不但可应用于物理海洋学研究．同时可以实现中小尺度海战场环境的近实时预报。详细介绍了利用海洋水色卫星遥感图像进行近实时全球海洋表层流场估算的基本方法．以及在分析海洋表层流场中的应用

2、．并通过分析实例说明了该方法的可靠性。关键词：SST：水色数据；海洋表层流场；最大互相关方法；光流算法中图分类号：TP75；TP79文献标志码：A文章编号：1003—2029(2015)06～0001—05海洋表层水体的流动对浮游植物与泥沙等悬浮物的输运影响至关重要，同时也会对海气相互作用过程产生影响。在近岸海域，海洋表层流场直接影响到沿岸海洋工程设施的设计与建设。在军事领域，表层流速会影响舰船航向，引起船舶偏航。制定航行计划时，要考虑相关海区海流特点，航行过程中要掌握流速，进行航向修正；鱼水雷等水

3、中兵器使用时，要考虑表层流对武器布放的位置影响，海洋表层流场会直接影响到水下武器的布放和实施效果；在登陆和两栖作战中，表层流会影响两栖攻击武器及平台运动。传统的海洋表层流场的近实时测量手段主要有两种：以ADCP为代表的定点观测技术和通过记录浮标运动轨迹的反算流速技术。传统的测量手段在实际的应用中有着不可避免的局限性，诸如只能进行单点测量、无法实现大范围同步测量，布放与测量受到过往船只的影响等。结合高度计资料和雷达散射计数据，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)已经能够提供分辨率达1／3度、近5d的海

4、洋表层平均流速分布(http：／／www．oscar．noaa．gov／)，但无法满足中小尺度近实时观测的需求。高频雷达虽然能够测量较大面积海域的表层流场旧，但装备也只能固定架装在海边，难以灵活移动。利用机载光学设备采集波浪图像，通过分析波浪的多普勒频移能够估算出近岸表层流『31，但受气候、光照条件的影响导致应用的限制条件较多。使用可见光／近红外与热红外卫星遥感图像进行海洋表层流场估算随着遥感载荷空间与时间分辨率的提高成为可能H61，估算方法的可靠性在一些文献中已经通过数值试验和实测数据加以验证[6

5、,13]。本文介绍了利用海洋水色卫星数据产品开展近实时全球海洋表层流场分析估算所采用的数据源和分析算法，提出了最大互相关方法和光流分析算法的改进方法，并提供了大范围的海洋表层流场变化情况来对本文算法的可靠性进行验证。1遥感数据源能够反映海洋中小尺度变化的卫星载荷只有微波波段的合成孔径雷达和可见光／近红外、红外波段的辐射计，目前使用卫星遥感图像进行海洋表层流场分析的数据源主要分为两类：海表温度SST数据Hol和各类海洋水色数据⋯。1”，文献[161qb甚至提出可以借助对溢油等漂浮扩散在海表的物质的分析

6、来估算海洋表层流场。最早得到应用的是NOAA极轨气象卫星上AVHRR载荷提供的SST数据[3l，后续多数文献也以收稿日期：2014—12—01作者简介：孙鹤泉(1973一)，博士，副教授，主要研究方向为海洋遥感与海洋技术。E-mail：hqsun@d1．cn2海洋技术学报第34卷此为基础展开。卫星遥感SST数据实际对应的是海洋表层微米量级厚度的皮层温度，除了受到海洋表层流场的作用外，极易受到光照、海表风场、波浪、上升流等诸多环境冈素的影响，进行海洋表层流场分析估算时使用的两幅SST图像数据的相邻间隔

7、要足够短

8、101，否则无法准确体现海洋表层的流场变化。与卫星遥感SST数据相比，虽然叶绿素a浓度Chl、离水辐亮度L⋯悬移质浓度等参数会受到浮游植物生长消亡等非动力因素的影响，但这些因素所起的作用是极其缓慢和微弱的，即使出现藻类水华现象也不会影响海洋水色图像作为海洋表层流场变化的“示踪物”。有的学者在文献中已经明确指出，位于波长551nm处的海洋水色图像更适于进行海洋表层流场分析估算mI。另外，根据本文下面提供的分析结果，分析间隔超过24h的海洋水色图像，仍然可以估算出较理想的海洋表层流场信息。2表

9、层流场估算方法虽然利用卫星遥感图像实现海洋表层流场的分析方法在近20a内得到了一定程度的发展，但仍然不够成熟，查阅文献，大致可以分为如下4类方法。(1)最大互相关方法(MaximumCross—correla—tion，MCC)MCC方法是文献中提及最多的一种方法州叫31，主要通过计算相邻两幅图像的相关系数，利用最大相关系数的位置来确定图像之间的相对位移。为了突出阿像梯度的作用，有的学者在分析之前先计算图像的梯度分布，再采用MCC方法。MCC方法无法通过FFT来进行陕