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黑潮延伸体海域亚中尺度垂向热量输运的季节变化特征

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海洋学报 2024年第4期46卷 23-33页

作者：郭贵正李刚何宜军赵若楠南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081 崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237

亚中尺度过程伴随着强烈的垂向速度,显著影响着海洋表面与海洋内部之间热量、浮力和质量等示踪物的垂向输运。基于(1/48)°的LLC4320模式结果,本文对黑潮延伸体海域亚中尺度垂向热量输运的季节变化进行了研究。研究结果表明,黑潮延伸体... 详细信息

亚中尺度过程伴随着强烈的垂向速度,显著影响着海洋表面与海洋内部之间热量、浮力和质量等示踪物的垂向输运。基于(1/48)°的LLC4320模式结果,本文对黑潮延伸体海域亚中尺度垂向热量输运的季节变化进行了研究。研究结果表明,黑潮延伸体海域亚中尺度垂向热量输运具有明显的春冬强、夏秋弱的季节变化特征。上层海洋净亚中尺度垂向热通量变化与混合层深度变化趋势较为一致,在混合层上方整体呈现出向上的亚中尺度热量输运,混合层下方也存在很强的亚中尺度垂向热量输运,但呈现正负交替的变化特征,净亚中尺度垂向热量输运较小。垂向热通量波数频率协同谱分析表明,混合层下方的亚中尺度垂向热量输运可能是由线性内波引起的,但线性内波引起的向上与向下的垂向热量输运相互抵消,在季节平均后净垂向热量输运较小。

关键词：黑潮延伸体亚中尺度过程垂向热量输运

基于星载合成孔径雷达图像交叉谱的全球海浪特征研究

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海洋学报 2024年第3期46卷 111-117页

作者：李慧敏何宜军王臣林文明杨劲松南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点研究实验室北京100081 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天时、全天候的观测能力,为全球海洋动力环境要素研究提供了重要数据支撑。然而,SAR海浪成像是非线性过程,现有理论中的近似求解会导致海浪谱反演的信息缺失。SAR图像交叉谱技术... 详细信息

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天时、全天候的观测能力,为全球海洋动力环境要素研究提供了重要数据支撑。然而,SAR海浪成像是非线性过程,现有理论中的近似求解会导致海浪谱反演的信息缺失。SAR图像交叉谱技术的提出一定程度上突破了这一限制,能够很好地量化海浪谱特性及海浪传播方向。本研究延续前人系列成果,利用最新提出的面向径向海浪的图像谱强度,开展不同尺度海浪随局地风速的变化趋势分析,并基于雷达视向图像谱强度提取了谱峰波数,进而结合欧洲空间局环境遥感卫星先进合成孔径雷达波模式在开阔大洋获取的近400万景SAR图像,分析了谱峰波数的全球分布特征,为量化全球风浪耦合过程提供新视角,揭示了海浪与风速耦合关系的空间分布与季节变化规律。

关键词：星载合成孔径雷达欧洲空间局环境遥感卫星先进合成孔径雷达(Envisat/ASAR) 图像交叉谱风浪耦合

1998年—2020年渤海、黄海和东海月平均典型浮游植物色素浓度遥感数据集

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遥感学报 2024年第4期28卷 1101-1111页

作者：孙德勇李正浩王胜强环宇张海龙齐琳刘建强何宜军南京信息工程大学海洋科学学院南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081 美国南佛罗里达大学海洋科学学院圣彼德斯堡FL33701 国家卫星海洋应用中心北京100081

海洋浮游植物群落结构信息对了解和研究碳循环和气候变化至关重要。浮游植物中含有的多种色素能够用于描述浮游植物群落结构特征和生理状态,因此浮游植物色素浓度的检测具有重要意义。本研究基于2016年—2018年渤海、黄海和东海7次航次... 详细信息

海洋浮游植物群落结构信息对了解和研究碳循环和气候变化至关重要。浮游植物中含有的多种色素能够用于描述浮游植物群落结构特征和生理状态,因此浮游植物色素浓度的检测具有重要意义。本研究基于2016年—2018年渤海、黄海和东海7次航次调查实验中采集的实测数据(包括浮游植物吸收系数、16种典型色素浓度和遥感反射率),利用高斯分解法开发了一种基于浮游植物吸收的色素浓度遥感模型,并使用原位观测数据集进行评估,得到的结果的误差可接受(例如,大部分色素模型的平均绝对百分比误差MAPE<60%)。卫星匹配验证也表明反演结果与实测数据的一致性(大部分色素模型的MAPE范围40%—60%)。将本文开发的模型应用于SeaWiFS和MODIS-Aqua遥感反射率月平均产品(1998年—2020年),获得了渤海、黄海和东海区域16种色素浓度23年的时空变化数据记录。浮游植物色素浓度遥感数据集可以从https://***/10.17632/bhcznf2m7v.1下载获得。本研究从遥感反射率卫星数据中得到复杂浑浊沿海水域中的浮游植物色素浓度,可为渤海、黄海和东海精细化的海洋浮游植物群落结构研究提供数据支撑。

关键词：浮游植物色素吸收系数沿海水域 SeaWiFS MODIS 遥感数据集

2002年—2022年渤黄东海浮游植物粒径等级月平均遥感数据集

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遥感学报 2024年第6期 1425-1432页

作者：孙德勇环宇王胜强李正浩张海龙齐琳刘建强何宜军南京信息工程大学海洋科学学院自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室美国南佛罗里达大学海洋科学学院国家卫星海洋应用中心

浮游植物是海洋生态环境中不可或缺的一部分，其粒径等级PSC (Phytoplankton Size Class)是描述浮游植物在不同地球生物化学循环过程中重要作用的关键参量。黄海、渤海和东海整体位于中国东部，呈现半封闭特征，PSC现场测量数据集主要... 详细信息

浮游植物是海洋生态环境中不可或缺的一部分，其粒径等级PSC (Phytoplankton Size Class)是描述浮游植物在不同地球生物化学循环过程中重要作用的关键参量。黄海、渤海和东海整体位于中国东部，呈现半封闭特征，PSC现场测量数据集主要来自于近几年开展的航次观测实验，采样点在空间和时间上分布稀疏不均，因此需要结合高频次、覆盖范围广的遥感反演技术来填补现场实测数据的不足。本文基于MODIS/Aqua传感器在2002年8月—2022年5月期间的海表遥感反射率产品，应用Sun等（2019）构建的PSC遥感反演模型，生产PSC长时序数据集。数据集以Matlab标准格式存储，共包含238个文件，便于各软件读取（下载方式：DOI:10.17632/mjg5s9p4wp.3）。产品精度验证结果显示：卫星反演与现场测量结果较为一致（小型、微型和微微型浮游植物的平均绝对百分比误差分别为22.9%、11.4%和35.0%）。同时不同海域的空间分布对比验证发现，优化调整后的叶绿素a反演算法能提高PSC反演模型效果，使其更贴近于现场测量值。基于本数据集的PSC长时序分布统计结果显示：近岸海域主要以小型浮游植物富集，离岸水域主要以微型浮游植物为主。从典型区域的多年月平均曲线来看，以小型浮游植物为例，渤海中心和长江口区域都存在春（5月）、夏季（7月）“双峰”特征，而北黄海区域则呈现春（4月）、秋季（10月）“双峰”特征。同时南黄海和东海离岸海域的春季峰值更显著，分别位于4月和3月。本数据集有助于精细化分析理解黄海、渤海和东海浮游植物各项生理、生态功能的时空变化规律，同时又可以作为水体环境监测常规项目，值得推广使用。

关键词：卫星遥感数据集浮游植物粒径等级渤黄东海 MODIS

基于近30a多源卫星高度计数据的东中国海潮汐信息提取

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海洋科学 2022年第8期46卷 1-14页

作者：李谦慧何宜军李秀仲南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081 南京信大安全应急管理研究院有限公司江苏南京210044

我国HY-2B卫星已成功运行3 a多,本文首次将HY-2B测高数据用于计算潮汐。将HY-2B与相同时间段的Jason-3在东中国海分别进行潮汐信息提取,验证了其结果的一致性。建立了基于10颗国内外卫星高度计(TOPEX/Poseidon、Jason-1、Jason-2、Jaso... 详细信息

我国HY-2B卫星已成功运行3 a多,本文首次将HY-2B测高数据用于计算潮汐。将HY-2B与相同时间段的Jason-3在东中国海分别进行潮汐信息提取,验证了其结果的一致性。建立了基于10颗国内外卫星高度计(TOPEX/Poseidon、Jason-1、Jason-2、Jason-3、ENVISAT、ERS-1、ERS-2、Sentinel-3A、Sentinel-3B、HY-2B)数据的时间序列,得到东中国海近30 a时间序列的较高空间分辨率网格化海面高度。利用该数据提取了东中国海12个分潮(O1、K1、Q1、P1、M2、S2、N2、K2、SA、SSa、Mm、Mf)的潮汐调和常数,并将4个主要分潮M2、S2、K1、O1的调和常数与验潮站进行对比,均方根误差分别为6.74 cm、3.98 cm、2.37 cm、1.81 cm,总体均方根误差为8.32 cm;同时,采用除HY-2B之外的剩余9颗国外卫星高度计数据和TPXO9潮汐模型结果分别与验潮站对比,结果显示,加入HY-2B后的10颗卫星高度计反演潮汐结果准确度最高,与不使用HY-2B卫星数据相比,全日潮有较大改善,K1和O1向量均方根误差分别降低19.93%和17.35%,4个主要分潮总体均方根误差降低3.5%。此外,通过与FVCOM模式结果对比分析,4个主要分潮的调和常数与模式结果的总体均方根误差为8.86 cm。另一方面,空间分辨率也有所提高,达到了0.1°×0.1°。最后,给出了4个主要分潮同潮图。在潮差较大的朝鲜半岛西侧,加入HY-2B后的同潮图可显示出2.1 m的M2等振幅线与0.75 m的S2等振幅线,与该海域实际观测结果一致,说明HY-2B在近海潮汐信息提取中有相当重要的作用。

关键词：多源卫星高度计东中国海潮汐调和分析均方根误差

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机载多普勒散射计海风海流联合反演研究

海洋学报 2023年第12期45卷 112-120页

作者：赵文成林文明何宜军鲍青柳南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081 航天宏图信息技术股份有限公司北京100195

多普勒散射计能够获取海面后向散射系数和多普勒频移,从而实现海面风场和海表流场的同步观测。本文基于机载多普勒散射计的观测数据,对多普勒散射计海面风场和海表流场联合反演模型进行研究,并与风场流场独立反演结果进行对比。结果表明... 详细信息

多普勒散射计能够获取海面后向散射系数和多普勒频移,从而实现海面风场和海表流场的同步观测。本文基于机载多普勒散射计的观测数据,对多普勒散射计海面风场和海表流场联合反演模型进行研究,并与风场流场独立反演结果进行对比。结果表明,联合反演的流场精度显著优于独立反演结果;然而以欧洲中期天气预报中心的海面风场为参考时,联合反演风场的精度略低于独立反演结果。这说明多普勒频移信息对海面风场反演的贡献不太显著,但雷达后向散射系数信息(即风场)对流场反演有积极的作用,通过联合反演算法能够更有效地消除海面风场对流场反演的影响。研究结果有助于进一步理解海面风场和海表流场反演时的相互影响,并为星载多普勒散射计的数据处理提供了参考。

关键词：多普勒散射计海面风场海表流场联合反演算法

基于导航X波段雷达图像的海岸线检测方法研究

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遥感技术与应用 2023年第3期38卷 739-751页

作者：范仲珏何宜军陈忠彪南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044

海岸线的变化影响着沿海居民的生产生活和国家军事战略部署,快速、准确地检测海岸线变化有着重要意义。导航X波段雷达可以连续、实时检测近岸海洋环境,研究提出了一种利用导航X波段雷达图像检测海岸线的方法。首先,对导航X波段雷达图像... 详细信息

海岸线的变化影响着沿海居民的生产生活和国家军事战略部署,快速、准确地检测海岸线变化有着重要意义。导航X波段雷达可以连续、实时检测近岸海洋环境,研究提出了一种利用导航X波段雷达图像检测海岸线的方法。首先,对导航X波段雷达图像进行平均、对比度增强和高斯滤波等预处理,降低海杂波噪声对雷达图像的影响;然后,将预处理后的图像与边缘检测算子进行卷积运算获得梯度图像,建立了基于直方图双峰法的自适应阈值估算方法,从梯度图像中自动提取出目标岛屿的边界;最后,利用边缘膨胀、空洞填充和去噪提取完整的岛屿,并估算岛屿的面积和周长等参数。利用实验观测的导航X波段雷达图像对提出的方法进行验证,与电子海图和Google Earth地图中的海岸线相比,根据Sobel算子和Prewitt算子提取的目标岛屿的边缘精度较高,提取岛屿的面积和周长随潮汐高度、海况等而变化。结果表明:导航X波段雷达能有效监测到岛屿海岸线的实时变化。

关键词： X波段雷达边缘提取算法海岸线检测

面向浮游植物类群遥感的HY-1C/D卫星数据应用初探

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遥感学报 2023年第1期27卷 128-145页

作者：孙德勇陈宇航刘建强王胜强何宜军南京信息工程大学海洋科学学院南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081 江苏省海洋环境监测工程技术研究中心南京210044 自然资源部国家卫星海洋应用中心北京100081

浮游植物是全球初级生产力的重要贡献者,浮游植物群落结构的变化影响着初级生产力,进而影响着海洋的物质循环与能量转换,因此具体量化分析浮游植物各群落结构的生物量对了解浮游植物群落结构变化,进而了解全球初级生产力极其重要。本文... 详细信息

浮游植物是全球初级生产力的重要贡献者,浮游植物群落结构的变化影响着初级生产力,进而影响着海洋的物质循环与能量转换,因此具体量化分析浮游植物各群落结构的生物量对了解浮游植物群落结构变化,进而了解全球初级生产力极其重要。本文基于2016年与2018年4个渤海航次的实测遥感反射率数据和实测HPLC(High Performance Liquid Chromatography)浮游植物色素数据,通过CHEMTAX(CHEMical TAXonomy)方法将HPLC色素数据转化为相应藻种浓度数据,其中硅藻、隐藻、蓝藻与绿藻对总叶绿素a的占比较大。结合奇异值分解和多元线性回归方法,构建适用于中国近海硅藻、隐藻、蓝藻和绿藻浓度的反演模型;利用留一交叉验证法对模型进行验证,结果表明:隐藻、蓝藻和绿藻模型精度较高,决定系数R2均在0.70及以上,硅藻R2为0.44(p均小于0.001),硅藻、隐藻、蓝藻和绿藻浓度反演模型的中值误差ME各为44.81%、45.34%、51.20%和62.80%。随后,将模型应用于国产HY-1C/D卫星海洋水色扫描仪COCTS(China Ocean Color&Temperature Scanner)的遥感反射率日产品数据,获得渤海4个藻种浓度的空间分布特征,发现与实测浓度的空间分布特征分布一致。进一步分析COCTS与MODIS-Aqua、GOCI-Ⅱ的藻种浓度反演模型精度,发现基于COCTS波段的隐藻浓度反演模型精度高于基于MODIS-Aqua、GOCI-Ⅱ波段模型,硅藻、蓝藻和绿藻浓度反演模型精度和MODIS-Aqua相近且均高于GOCI-Ⅱ。在藻种浓度监测的示范性应用上,COCTS效果更好。综上所述,国产卫星HY-1C/D数据在藻种浓度监测方面具有强大的应用潜力。

关键词：藻种浓度 CHEMTAX 奇异值分解 HY-1C/D 渤海

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结合光吸收的近海水体硅藻浓度反演模型构建

遥感学报 2023年第2期27卷 363-375页

作者：樊杰孙德勇王胜强张海龙环宇何宜军南京信息工程大学海洋科学学院南京210044 江苏省海洋动力遥感与声学重点实验室南京210044 江苏省海洋环境监测工程技术研究中心南京210044

浮游植物种群结构对了解海洋碳循环,生物多样性等研究具有重要意义。针对某种浮游植物种群生物量的研究,可以掌握浮游植物种群结构变化特征。本研究基于航次实测色素数据,利用CHEMTAX方法获取近海水体硅藻浓度信息,分析实测硅藻浓度数... 详细信息

浮游植物种群结构对了解海洋碳循环,生物多样性等研究具有重要意义。针对某种浮游植物种群生物量的研究,可以掌握浮游植物种群结构变化特征。本研究基于航次实测色素数据,利用CHEMTAX方法获取近海水体硅藻浓度信息,分析实测硅藻浓度数据的空间分布状态。对高斯模型中心波长和半波宽参数进行优化,结合高斯模型分解获取的高斯峰值,分析其与硅藻浓度之间的相关关系,并遴选相关系数较高的高斯峰值。利用不同数学函数,开展高斯峰值与硅藻浓度之间的关系模型构建研究,并结合精度指标(决定系数R^(2),中值误差ME)判定各数学函数模型的硅藻浓度反演精度,以提出最优的反演模型。研究结果表明:(1)实测硅藻浓度整体上呈现出近岸高,离岸低的空间分布特征,高值区域主要分布在渤海湾及长江口附近;(2)硅藻浓度反演模型精度较高,通过留一交叉验证法对模型进行验证,决定系数为0.79,中值误差为49%,p值小于0.001,该模型为后续开展卫星遥感反演硅藻浓度的工作奠定了基础。

关键词：遥感硅藻浓度高斯模型 CHEMTAX 中国近海