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作者：陈志勇国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

船舶水下辐射噪声对海洋生物的影响日益受到关注。如何对船舶水下辐射噪声进行有效测量,进而监控及评估水下辐射噪声对海洋生物的影响具有重要意义。本文对船舶水下辐射噪声测量方法进行了研究,并以某科考船为例,对其水下辐射噪声进行... 详细信息

船舶水下辐射噪声对海洋生物的影响日益受到关注。如何对船舶水下辐射噪声进行有效测量,进而监控及评估水下辐射噪声对海洋生物的影响具有重要意义。本文对船舶水下辐射噪声测量方法进行了研究,并以某科考船为例,对其水下辐射噪声进行了分析。首先,介绍了水下辐射噪声测量的基本理论,对比了已颁布的民船水下辐射噪声标准中的测量要求、测量系统布放、被测船舶机动方式、测量误差等方面的异同。选取ISO/PAS 17208-1标准为参考,对某科考船不同工况下的水下辐射噪声进行了测量。然后,分析了“单极子声源级”与“偶极子声源级”的异同,针对水下辐射噪声测量过程中海面干涉的影响,提出了通过时间平均、计算宽带谱级、深度平均、低频修正等方法消减海面干涉的影响,并通过模型验证了此方法的有效性。另外,通过模型仿真分析了粗糙海面以及海底对船舶水下噪声的影响,发现:(1)低风速时粗糙海面对船舶辐射噪声测量影响较小;(2),高风速时粗糙海面在低频影响不大,但在高频有3d B的误差;(3)海底对低频(100Hz以下)的船舶辐射噪声测量有3d B以内的影响,对高频几乎没有影响。最后,结合消除海面干涉的影响的方法,制定了数据处理流程,并根据该流程对实验数据进行处理。计算了相同航速不同深度水听器的接收声压谱级,与仿真结果进行了比较。对比了相同航速下左右舷的船舶辐射噪声,发现水下辐射噪声可能受到海流的影响。计算了不同航速下三分之一倍频程频带声压级,并与挪威船级社发布的辐射噪声衡准值进行了对比,结果表明被测船舶噪声低频控制较好,高频控制较差。计算船速与宽带总声压级的依赖关系,并与经典的ROSS模型进行了对比,宽带总声压级随航速增长略慢于经典的ROSS模型。

关键词：辐射噪声海面干涉低频修正

基于遥感技术的九龙江河口区非点源污染“源—汇”结构分析

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基于遥感技术的九龙江河口区非点源污染“源—汇”结构分析

作者：蒋孟珍国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

为研究河口区景观格局及其变化与非点源污染空间分布及其变化的关系，为九龙江河口区环境规划提供技术支撑和科学依据，本文利用2003年和2008年的高分辨率卫星遥感图像，采用目视判读解译获取两个时相的土地利用景观格局分布及动态变化... 详细信息

为研究河口区景观格局及其变化与非点源污染空间分布及其变化的关系，为九龙江河口区环境规划提供技术支撑和科学依据，本文利用2003年和2008年的高分辨率卫星遥感图像，采用目视判读解译获取两个时相的土地利用景观格局分布及动态变化，并在此基础上运用景观生态学原理、“源-汇”理论，分析九龙江河口区的非点源污染“源-汇”结构及其动态变化特征，提出基于非点源污染防治的景观格局优化建议。主要结论如下： (1)高分辨率卫星遥感解译结果表明，九龙江河口区景观类型主要以城乡工矿及居民用地、水田、园地、养殖水面、有林地以及荒草地为主。受人类活动的影响，从2003008年这5年间六类地物之间的土地利用方式发生了明显变化，水田、养殖水面和荒草地的面积明显减少，而城乡工矿及居民用地、园地以及开发用地面积明显增加，土地利用变化速度较快。土地利用景观类型转换主要表现为园地、水田、养殖水面-开发用地，水田-养殖水面、城乡工矿及居民用地，荒草地-园地、有林地，开发用地-城乡工矿及居民用地。不同土地利用景观类型在坡度、相对高程的空间分布呈现规律性。 (2)景观空间负荷对比指数(LCI)分析结果表明，2003年和2008年两个时相的九龙江河口区氮、磷和氮磷距离、坡度和相对高度的LCI值均大于0。不论距离、坡度和相对高度，氮的LCI要大于磷的LCI。2003008年，氮、磷和氮磷距离、坡度和相对高度的LCI值均有所增加。基于土地利用景观的网格景观空间负荷对比指数(mGLCI)分析表明，2003年，厦门岛大部分区域以及海沧、港尾和石码的部分河岸带附近为较强的非点源污染“源”，厦门岛西南端、石码西部是非点源污染较强的“汇”。2008年，海沧大部分区域、角美东部和港尾河岸带周边为新增的非点源污染较强的“源”。2003008年，九龙江河口区mGLCI的最小值减小，mGLCI值增加较显著的区域主要在海沧、港尾以及角美东部，mGLCI值减少较显著的区域主要位于紫泥河岸带附近以及海沧、港尾和石码的部分区域。2003008年，九龙江河口区非点源污染“源”的面积增加，“汇”的面积减少。 (3)提出基于非点源污染防治的景观格局优化建议，从景观类型、组合特征、景观空间分布特征的调整和关键地段识别来实现对非点源污染的有效控制。建议将2008年九龙江河口区坡度15°以上的水田、旱地转换为有林地，将河岸带劣质水田转换为有林地、增加红树林滩和盐沼的面积，并重新进行景观空间负荷对比指数分析，该建议一定程度上减少了九龙江河口区对九龙江河口的非点源污染。

关键词：九龙江河口景观格局 “源-汇”结构

福建省海岛海岸带遥感影像数据库与控制点影像数据库构建与应用

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福建省海岛海岸带遥感影像数据库与控制点影像数据库构建与应用

作者：周刚国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

随着遥感技术的迅猛发展,卫星遥感影像数据被广泛应用国防、国土、环境、资源等领域,在海洋领域的应用也不断的扩展和深入,已经成为岸线调查、海岛保护与规划、海域使用、生态调查与评价、溢油与赤潮监测等不可或缺的重要数据源。自“... 详细信息

随着遥感技术的迅猛发展,卫星遥感影像数据被广泛应用国防、国土、环境、资源等领域,在海洋领域的应用也不断的扩展和深入,已经成为岸线调查、海岛保护与规划、海域使用、生态调查与评价、溢油与赤潮监测等不可或缺的重要数据源。自“我国近海海洋综合调查与评价”专项(简称“908”专项)开展以来,购置了大量的海岛海岸带地区卫星影像,这些遥感影像往往数据量庞大,并且具有来源广、类型丰富、分辨率多样的特点,对其存储、管理和发布共享带来了诸多问题与挑战。本文在深入研究遥感影像最常用数据类型的基础上,根据相关的技术标准和实际工作经验,以SQL Server 2005数据库平台,构建并实现了遥感影像数据库,包括原始影像数据库、校正影像数据库、融合影像数据库三种数据库类型。在此基础上,开发了影像数据库管理系统和网络发布系统。影像数据库管理系统,方便了管理员对数据库的更新、删除以及日常维护等工作;网络发布系统方便了用户对数据的查询、下载与网络共享。另一方面,原始影像校正工作是图像镶嵌、图像融合、变化检测等必不可少的基本步骤。影像校正工作就是利用一组地面控制点对一幅图像进行地理定位,然而地面控制点获取费时费力,并且由于没有对控制点数据进行有效地管理,其生命周期往往只有一次,无法实现循环利用,造成很大的浪费。本文通过影像采集和野外调查实测两种方式获取了大量的控制点影像数据,在此基础上,通过建立控制点影像数据库实现了控制点数据的有效管理和合理高效利用。并更进一步,利用IDL语言开发了影像匹配软件,有力的提高了原始影像几何精校正的效率。福建省海岛海岸带遥感影像数据库与控制点影像数据库的构建及影像数据库管理系统、网络发布系统、影像匹配软件的开发与实现,将为“数字海洋”节点建设提供有益的参考。

关键词：影像数据库影像匹配管理系统

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南海北部海域环境噪声空间相关特性研究

南海北部海域环境噪声空间相关特性研究

作者：李羽弘国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

本文通过对2001年亚洲海国际声学实验(Asian Seas International Acoustic Experiment,ASIAEX)在南海北部的浅海海域布放的垂直阵(Vertical Line Array,VLA)所测得海洋环境噪声数据进行处理,研究了浅海海洋环境噪声场的空间相关特性。首... 详细信息

本文通过对2001年亚洲海国际声学实验(Asian Seas International Acoustic Experiment,ASIAEX)在南海北部的浅海海域布放的垂直阵(Vertical Line Array,VLA)所测得海洋环境噪声数据进行处理,研究了浅海海洋环境噪声场的空间相关特性。首先,通过计算噪声场垂直指向性、噪声功率谱密度和空间相关系数,分别研究了受到远距离航船噪声影响和受到近距离航船噪声强影响的海洋环境噪声场空间相关特性,发现远距离航船噪声和近距离航船的高强度辐射噪声对海洋环境噪声场的空间相关特性影响不同:当噪声主要来自远距离航船时,200Hz以下的海洋环境噪声在阵元间距达到30m时依然有很高的空间相关性,200Hz以上的海洋环境噪声在阵元间距达到15m时空间相关性已接近零;当噪声主要来自近距离航船时,航船的高强度辐射噪声对800Hz以下的海洋环境噪声空间相关性影响明显,使噪声空间相关系数振荡变化,相关性曲线的第一个零值出现在声程差约等于相应频率噪声信号的四分之一波长处;800Hz以上的海洋环境噪声也受到航船辐射噪声影响,噪声功率谱密度在各个深度上都明显升高,导致噪声的空间相关性有所提高。通过分别讨论远距离航船和近距离航船产生的噪声场声学特性,对两种噪声场的海洋环境噪声空间相关特性进行了合理的解释。另外,分别处理了低风速与高风速条件下不受近距离航船辐射噪声影响的海洋环境噪声数据,研究了已有的风成海洋环境噪声简正波模型,利用数值仿真计算了该模型下海洋环境噪声场的空间相关特性,并将数据处理结果与数值模拟结果进行了对比,分析发现,该模型下海洋环境噪声场的空间相关特性与实测的低频海洋环境噪声场的空间相关特性基本一致,但与低风速条件下的高频海洋环境噪声场空间相关特性有所差别,说明该模型可以用来解释低频海洋环境噪声场的空间相关特性。

关键词：环境噪声空间相关浅海

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极低频海洋环境噪声与风矢量的相关性研究

极低频海洋环境噪声与风矢量的相关性研究

作者：黄浩南自然资源部第三海洋研究所

学位级别：硕士

有研究发现,海面上由风引起的表面波非线性相互作用,能够对海底产生不随着深度指数衰减的压力,这种压力会产生海底微震,从而产生极低频的海洋环境噪声。本文对全面禁止核试验组织（CTBTO）布设于威克岛北部南部两侧的两组水听器三联体在... 详细信息

有研究发现,海面上由风引起的表面波非线性相互作用,能够对海底产生不随着深度指数衰减的压力,这种压力会产生海底微震,从而产生极低频的海洋环境噪声。本文对全面禁止核试验组织（CTBTO）布设于威克岛北部南部两侧的两组水听器三联体在2017年接收到的海洋环境噪声数据和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的海面风数据进行处理、分析,并通过分析结果证明了极低频海洋环境噪声级与风的相关性。本论文主要通过以下几方面对CTBTO水听器三联体接收的极低频海洋环境噪声数据进行分析:1.首先是观察到极低频海洋环境噪声的饱和情况。在1-4Hz时,海洋环境噪声级随着风速的增加而增加,在4Hz时达到饱和状态,其频谱斜率约为-21d B/octave,说明了水听器接收到的1-4Hz海洋环境噪声级是由表面波非线性相互作用产生的海洋环境噪声主导。2.其次研究了极低频海洋环境噪声级与风速的相关性,计算结果表明2017年威克岛1-3Hz极低频海洋环境噪声级与风速存在相关性,在4Hz-100Hz几乎不存在相关性,其中2Hz处相关系数达到最大值。在此频率处威克岛北部一号水听器接收到的极低频海洋环境噪声级与风速的相关系数约为0.67,威克岛南部一号水听器接收到的极低频海洋环境噪声级与风速的相关系数约为0.73。3.然后又研究了极低频海洋环境噪声级与风向的相关性,从驻波的产生机制可知风向的变化必然是产生极低频海洋环境噪声的关键因素,但是从本文极低频海洋环境噪声级与各个风向区间的关系可以发现,六个水听器在所有风向区间的相关系数并没有显著差异,因此认为极低频海洋环境噪声级与某个具体范围的风向不存在相关性。4.最后根据驻波的形成机制,对2017年威克岛2Hz海洋环境噪声级与风速数据集进行筛选,对筛选后的数据集进行函数拟合,六个水听器的函数拟合曲线变化趋势基本一致,互相关系数高达0.99。

关键词：水下极低频噪声威克岛非线性相互作用风关噪声

卫星测高波形重跟踪算法在台湾周边海域的应用研究

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卫星测高波形重跟踪算法在台湾周边海域的应用研究

作者：阮海林国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

目前,卫星高度计在远海测量的瞬时海面高度的精度可达到5cm,极大的促进了大地测量学、地球物理学、海洋学研究等领域的发展。但是,在近海,由于受到近岸陆地、海洋地形、地球物理环境等因素影响,高度计数据质量下降,导致近海高度计数据... 详细信息

目前,卫星高度计在远海测量的瞬时海面高度的精度可达到5cm,极大的促进了大地测量学、地球物理学、海洋学研究等领域的发展。但是,在近海,由于受到近岸陆地、海洋地形、地球物理环境等因素影响,高度计数据质量下降,导致近海高度计数据缺失较为严重。近海是影响人类活动最大的海域,有必要对近海高度计数据的修复进行研究。本文在借鉴国内外研究成果的基础上,采用波形重跟踪算法对台湾周边海域7年的Jason-1 SGDR波形数据进行处理,校正由于测高波形受“污染”造成的测高误差。本文主要研究内容和工作如下： 1、分析台湾周边海域特别是海陆交界处的测高波形。从高度计地面轨道由陆地进入海洋和由海洋进入陆地两种情况分析高度计测高波形的变化情况,指出应用波形重跟踪算法对测高波形进行重跟踪校正的必要性,并重点分析了OCOG算法、β参数算法和阈值法这三种波形重跟踪算法。 2、分析了Jason-1第245周期在台湾周边海域的GDR数据,指出卫星高度计有效测点的分布与深度无关,而与星下点靠近大陆或海岛的距离有关。同时分析了GDR数据的编辑标准,指出可确定一个较为灵活的数据编辑标准,能有效提高高度计在近海的数据量。 3、在分析大量测高波形的基础上,提出了一种智能化的算法来量化测高波形第一个受“污染”(轨道从海洋到陆地)或不受“污染”(轨道从陆地到海洋)波形的离岸距离。从量化结果可知,受“污染”距离大部分在10km以内,与高度计的星下点照射范围相当。 4、应用OCOG算法、5-β参数算法和阈值法对Jason-1在台湾周边海域6条轨道共7年的SGDR波形数据进行重跟踪处理,并计算得到重跟踪算法获得的测距校正量。 5、验证波形重跟踪算法的有效性。采用IMP值衡量法、对比重跟踪后高度计获得的海平面高度异常与邻近验潮站水位异常这两种方法来验证本文算法的有效性。以第1周期088轨道测高数据为例,OCOG算法、5-β参数算法和阂值法三者获得的IMP值分别为：-2.74%、3.64%、5.43%,说明5-p参数算法和阈值法对测距校正有一定的改善。验潮站数据验证方面,通过对比验潮站水位异常时间序列和邻近潮位站的高度计星下点海平面异常时间序列,结果应用5-p算法和阈值法后的海平面高度异常序列与东山站水位异常序列均较为符合,相关系数分别为0.8268、0.8611,阈值算法效果较好。

关键词：高度计台湾周边海域波形重跟踪算法

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用定深爆炸声源反演海底声学参数

用定深爆炸声源反演海底声学参数

作者：周鸿涛国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

浅海环境中的海底声参数反演具有极其重要的现实意义,因为海底与海水、海面共同作用影响浅海声传播。本文根据2014年在南中国海开展声学试验获得的定深爆炸宽带声信号数据进行海底地声参数反演。考虑到不同海底声参数对不同声场物理参... 详细信息

浅海环境中的海底声参数反演具有极其重要的现实意义,因为海底与海水、海面共同作用影响浅海声传播。本文根据2014年在南中国海开展声学试验获得的定深爆炸宽带声信号数据进行海底地声参数反演。考虑到不同海底声参数对不同声场物理参数的敏感程度不同以及不同海底声参数对不同反演方法的敏感程度亦不同,本文综合应用不同反演方法得到不同底质声参数:(1)根据接收的直达波和海底反射波计算得到特定海域的海底反射系数进而反演得到海底声阻抗;(2)实验海区的海底地形为大陆坡,选取Hamilton总结的关于沉积物声速与沉积物密度关系的经验公式,结合沉积物声阻抗与沉积物声速、沉积物密度的关系,进而反演得到沉积物声速和沉积物密度。(3)对直达波和海底反射波做相关,取主相关峰与次相关峰的时延差的一半,乘以已反演得到的海底声速,得到海底沉积层的厚度。沉积物声学参数的测量是在实验室条件下进行的,温度为23℃,标准大气压1-atm,由于沉积物孔隙海水是决定沉积物声速的关键且受温度压强变化的影响显著,本文利用沉积物声速与孔隙海水声速的比值在温度压强变化的条件下较稳定的特点,可对沉积物声速在实验室条件和海底原位条件进行校正。本文应用绘图法代替参数空间的全局搜索反演得到海底沉积层的声速和密度,简单易行且快捷高效。本文对沉积层的取样实验及样品声参数测量的理论也进行了详细介绍。校正到海底温度和压强后,反演结果与与沉积物取样的实测结果和Hamilton总结的结果吻合得相当好:(1)声阻抗的反演结果为(单位-1-25??scmg10)2.0656,修正后的沉积物取样结果为2.0460,Hamilton总结的结果为2.2380;(2)声速的反演结果为(单位-1sm?)1482.6,修正后的沉积物取样结果为1467.5,Hamilton总结的结果为1502.8;(3)密度的反演结果为(单位3cmg??)1.3932,修正后的沉积物取样结果为1.4000,Hamilton总结的结果为1.4890;(4)沉积层厚度的反演结果为(单位m)为1.366,而沉积层取样的分析结果在厚度为1.4.6的段位沉积层的声阻抗有了显著改变。

关键词：地声反演定深爆炸声源海底沉积层厚度垂直反射系数 Hamilton经验公式

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近海混浊水高频声衰减的初步研究

近海混浊水高频声衰减的初步研究

作者：文洪涛国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

冷战结束后近海声学成为研究热点。因江河(携带大量悬浮颗粒)注入、潮汐、风、海流以及人类活动等的影响,中国近海海水混浊。混浊海水中的悬浮颗粒物是影响海水声衰减的重要因素,悬浮颗粒物的存在导致声传播损失增大,声呐探测性能降低,... 详细信息

冷战结束后近海声学成为研究热点。因江河(携带大量悬浮颗粒)注入、潮汐、风、海流以及人类活动等的影响,中国近海海水混浊。混浊海水中的悬浮颗粒物是影响海水声衰减的重要因素,悬浮颗粒物的存在导致声传播损失增大,声呐探测性能降低,特别是对各类用于近海探测和反潜的高频声呐,影响更为明显。因此,研究近海混浊水的高频声衰减具有重要的现实意义。本文从理论探讨和实验测量两方面研究了近海混浊水的高频声衰减。在理论方面,通过对近海混浊水声衰减机理的探讨,给出了近海混浊水的声衰减估算模型。利用模型,分析计算了近海混浊水的高频声衰减。在实验方面,基于混响法,设计了一套测量混浊水高频声衰减的实验系统,测量了模拟混浊海水的高频声衰减,得到了不同浓度近海混浊水的声衰减规律。然后将实验测量结果与理论估算值进行了比较研究。最后展望了悬浮物观测技术的发展和调查手段的进步对近海混浊水声衰减研究的影响。通过本文的研究可以得到: (1)近海悬浮物浓度达到0.1 kg/m量级时,100kHz声波的粘滞吸收每100m在1dB以上,悬浮物对近海混浊水声衰减的影响不可忽略。悬浮物的粘滞吸收是导致海水声衰减增大的主要因素。近海混浊水的声衰减估算主要考虑海水的自身吸收和悬浮物的粘滞吸收。 (2)悬浮物粘滞吸收受粒径影响显著。本文实验测量值与考虑粒径分布的理论估算值具有更好的一致性。在实验频段内,泥沙含量为1.0kg/m时,采用粒径分布的理论估算值与采用平均粒径的理论估算值相比,悬浮物的粘滞吸收每100m相差2.3～2.6dB。文中认为:在估算近海混浊水的声衰减时,悬浮物的粘滞吸收估算必须考虑粒径分布。

关键词：近海混浊水声衰减混响法

东沙海域海洋环境噪声特性分析及其风速相关性研究

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东沙海域海洋环境噪声特性分析及其风速相关性研究

作者：陆遥国家海洋局第三海洋研究所

学位级别：硕士

光波和电磁波在海水中衰减十分迅速,传播距离较短,无法满足人类在海洋活动中的需要。而声波是海洋中唯一可以进行远距离传播的能量辐射形式,在水下目标探测、水下通讯和导航等方面,均以声波作为水下唯一有效辐射能。海洋环境噪声是海洋... 详细信息

光波和电磁波在海水中衰减十分迅速,传播距离较短,无法满足人类在海洋活动中的需要。而声波是海洋中唯一可以进行远距离传播的能量辐射形式,在水下目标探测、水下通讯和导航等方面,均以声波作为水下唯一有效辐射能。海洋环境噪声是海洋中的一个重要声学特征,海洋环境噪声包含了丰富的海洋中的信息,对声呐装备的探测形成干扰,是限制被动声呐工作性能发挥的主要因素,也是潜艇进行声隐蔽的重要条件和必须了解的物理参数。因此,研究海洋环境噪声有重要意义。本研究以2001年5月3日0时至2001年5月17日0时亚洲海国际实验南海区所获取的声学数据为研究对象,研究其中50Hz、100Hz、200Hz、400Hz、630Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz共8个频率的浅海海洋环境噪声。论文主要包括以下几个方面的内容:1.阐述海洋环境噪声的研究意义以及国内外研究进展。2.介绍亚洲海国际实验在南海区的实验概况以及所获取的声学数据。3.阐述本研究所采用的研究理论和方法。4.利用Matlab软件处理海洋环境噪声数据,分析海洋环境噪声级的时频特性,观察海洋环境噪声级随时间和频率的变化规律。5.分析海洋环境噪声与海面风速的相关性。实验期间有一热带风暴经过,海面风速有一个剧烈的升高和降低的过程,强风带来的降雨以及浪高的变化造成海洋环境噪声的变化。本文利用当地风速数据,对海洋环境噪声与海面风速进行回归分析;利用热带风暴过境时海面风速的变化,计算不同接收深度海洋环境噪声级与风速的互相关系数,研究风速对海洋环境噪声级在不同深度上的影响;分析热带风暴来临前后海洋环境噪声级一天内不同时刻的变化,观察海洋环境噪声级随风速的日变化;最后选取第15通道水听器所采集的数据对海洋环境噪声级与海面风速进行回归分析,计算两者的相关系数,并根据环境噪声级SPL和对数风速lgv之间的线性关系,反演海面风速,给出反演误差。研究结果表明:海洋环境噪声级随着频率的降低而升高,高频海洋环境噪声受到风的影响,在热带风暴期间有一个明显的升高、稳定和缓慢下降的过程。海洋环境噪声级与海面风速在较高频段相关性较好,是因为高频海洋环境噪声主要由海面风引起,在1000Hz250Hz的频率范围内,海洋环境噪声级与风速的互相关系数介于0.4至0.5之间;在频率小于200Hz时,二者的互相关系数介于-0.2至0.2之间。本文对海洋环境噪声级与风速做回归分析,由海洋环境噪声级反演估计海面风速的大小,反演结果误差范围在5%0%左右。浅海海洋环境复杂,海洋环境噪声受影响的因素很多,本研究所讨论的只是风关海洋环境噪声,而潮汐、内波、航船等因素对海洋环境噪声的影响未能做深入讨论。

关键词：海洋噪声风生噪声风速反演

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南海北部特定涡旋的多源表征数据比较研究

南海北部特定涡旋的多源表征数据比较研究

作者：杨霄宏自然资源部第三海洋研究所

学位级别：硕士

由于黑潮通过吕宋海峡入侵南海,台湾西南海域(South West Taiwan sea,SWT)是中尺度涡高发区,这类脱落涡旋的研究在分析和理解海洋中物质和能量输送以及海—气相互作用等方面起着重要的作用。本文采用2020年12月至2021年11月绝对动力地形... 详细信息

由于黑潮通过吕宋海峡入侵南海,台湾西南海域(South West Taiwan sea,SWT)是中尺度涡高发区,这类脱落涡旋的研究在分析和理解海洋中物质和能量输送以及海—气相互作用等方面起着重要的作用。本文采用2020年12月至2021年11月绝对动力地形(Absolute Dynamic Topography,ADT)和海面高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)网格化数据、Hybrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)模式数据和World Ocean Atlas(WOA)13 v2月平均温盐气候态数据,以及2021南海Ocean Acoustic Tomography(OAT)实验数据,对一个从黑潮中脱落的中尺度暖涡进行了比较研究。首先利用融合的卫星高度计资料,使用修改后的绕角算法,对一个黑潮入侵南海后形成并脱落的中尺度涡及其整个生命周期进行分析,讨论了它的生存时长、迁移距离、轨迹、速度、涡动动能、形变和涡度等物理量及其原因。然后利用HYCOM模式资料和WOA13的气候态温盐资料对该脱落涡的表面流场和温盐场进行了分析。通过表面流场对比可以看出,模式表征的涡范围要比高度计观测到的小,而且形状也更接近椭圆。通过温盐异常剖面可以发现,从黑潮中脱落下来的该涡在其整个生命周期内都携带着具有黑潮性质的水体并随之运动。此外,脱落暖涡的垂直尺度可达1000 m以上,但现有HYCOM模式资料只能对海洋中上层(800 m以浅)的现象有较好的表征,对800 m以深的海洋现象刻画得并不理想。由于卫星高度计和模式资料各有其缺陷,对深层中尺度涡的刻画存在缺失,因此本文还利用了声层析实验数据对此涡旋在2021年7-8月份的深层温度变化进行研究。通过温度变化的比较研究,由TD/CTD和声速反演的温度变化显示的涡的移动与高度计捕获的相一致,说明利用声层析来量化深海中尺度涡流的温度变化的运动是可行的。然而,HYCOM数据得到的收发路径上平均温度的变化与声层析声速得出的温度变化不一致,在声道轴深度,声层析反演得到的温度变化可达HYCOM模式数据在收发路径上平均温度变化的5倍。这些结果表明HYCOM数据对涡旋在深海的表征不够精确,反过来证明利用OAT来研究中尺度涡深层特性的优越性,另一方面也意味着可以利用OAT实验结果通过数据同化来改进高分辨率海洋模式,论文最后给出了按照深度比例粗略修正后的涡。本文的创新点在于利用声层析数据和HYCOM数据,对该中尺度涡的深层特性进行分析比较,并证明了OAT实验结果可以作为同化数据源来改进高分辨率海洋模式。

关键词：南海北部中尺度涡海面高度异常(MSLA) HYCOM 声层析