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基于SAR遥感图像的内波强度分级模型研究

马志多  
【摘要】:内波是海洋中常见的一种中尺度现象,在全球各大海洋中普遍存在。内波不仅对海水中的物质运输及海水混合有重要作用,还对人类在海洋中的生产活动产生较大影响,严重情况甚至会造成生命财产的重大损失。随着遥感技术的迅猛发展,利用遥感影像观测海洋内波已成为研究内波的重要手段。相对于传统的现场测量内波方法,遥感手段不受区域限制,覆盖范围大,数据量更加丰富,为有效研究内波提供重要的数据源保障。因此,论文结合遥感技术展开针对内波强度的研究,以避免海洋内波对人类生产生活造成的重大损失。海洋内波波峰线长度可达上百公里,振幅最大200m以上,携带着巨大的能量。论文主要研究内波强度,使用卫星SAR遥感影像结合内波振幅反演模型,构建出内波强度分级模型。从遥感影像中提取内波信息,结合内波振幅反演模型,计算内波强度;然后利用实测数据进行对比分析,验证模型的准确性;最后将这种强度分析技术应用于南海、苏禄海以及安达曼海等内波主要发生的区域,对计算结果进行分析,验证了模型的可靠性。论文主要完成以下几部分工作:1.设计内波振幅反演模型:根据水深范围采用了不同的内波振幅反演模型。本文采用经典的KdV方程方法以及对水深度值较浅处准确性较高的参数化浮频率法,其中KdV方程分为两层模型及连续分层模型,文中分析了这三种方法所适用的条件,结合经验及各区域水文条件,针对不同的内波采取对应的内波振幅反演方法,计算内波各个参数。2.搜集建立内波强度模型所需数据集:内波强度模型的建立需要基于足够的数据支持,本文的数据集分为研究区域的水深数据集、温盐数据集、SAR遥感影像数据集以及实测数据集,其中SAR遥感数据集中的内波样本为内波原始数据进行筛选和几何校正等预处理过程后截取的内波影像,实测数据集中包含实测数据以及能够与其匹配的内波SAR遥感影像。3.计算内波强度:首先根据内波遥感影像获取内波波长及内波发生位置的经纬度信息,结合水深数据及温盐数据计算出该位置的垂直密度曲线和浮频率曲线;再根据海水垂直结构及内波波长分析确定内波振幅反演所用方法,计算获取内波振幅与传播速度;最后建立内波空间结构,计算出内波能量并量化为内波强度。4.内波强度模型的验证:模型完成后经过验证来确定其准确性,本文采取与实测数据对比的方法进行验证,主要对反演的内波振幅、内波能量和内波强度大小的准确性进行验证。本文共筛选出6对现场与遥感匹配的数据进行对比分析,证明内波强度模型的准确性。5.本文完成的模型应用:将本文所构建的内波强度模型运用至南海、苏禄海以及安达曼海,计算了研究区域的内波强度大小,并对计算结果进行了处理分析,分析内容包括内波强度与内波振幅变化关系、内波强度与水深变化关系以及内波强度的季节性变化。


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