基于Himawari-8序列卫星图像的表面海流反演研究

论文摘要

海洋表面流在地球气候中起着关键作用,它们几乎影响着海洋中发生的任何过程,同时也直接影响许多重要的社会经济活动,如全球海上贸易和航运,海洋污染和安全等问题。因此,海流的测量尤为重要。现场观测被用于沿岸海流的测量,如欧拉法的浮标定点测量、拉格朗日法的随海水流动测量海流。但是这些观测方法成本高,观测范围有限,很难满足实际应用的需要。利用卫星遥感数据反演海流的途径很多,如利用高度计海面高度数据、散射计风场数据可以反演海流,但是周期长,不能得到近岸的海流数据。基岸雷达由布拉格散射原理可以得到海流,但是观测范围限于靠近海岸附近。合成孔径雷达只能得到海流向雷达视线方向投影的速度,而且还有很多需要解决的问题。而序列卫星图像反演海流具有数据多、观测范围广、成本低等优点,有望进行系统性和全球性的海流反演。Himawari-8气象卫星搭载国际上先进的静止轨道成像仪AHI传感器,具有高时间分辨率和空间分辨率、波段设置多、定位精度高和数据服务能力强等优点。而目前国内外几乎没有用该卫星数据进行海流的反演的研究。本文采用的是厦门大学联合遥感卫星接收站接收的2017年4月13日、4月28日、4月30日、5月18日和5月27日五天可见光640nm波段的Himawari-8卫星数据,对杭州湾近岸海流进行反演研究。应用最大互相关（MCC）和广义霍夫变换（GHT）方法对海流进行反演,同时结合台湾海峡海流预报系统（TFOR）的数值模型数据对反演结果进行对比验证,结果显示两种方法都能较好的反演海流。本文利用五天每10分钟一张的卫星图像,对一小时时间间隔共181对可用的图像对进行海流反演。首先分别对两种方法反演的结果进行验证分析。基于灰度匹配的MCC方法一共反演得到78212个海流数据点。反演的结果与对应的数值模型数据进行对比,得到海流的平均角度误差（AAE）为31.04度,平均相对误差（AME）为0.93,流速的平均绝对误差（MAE）为24.02 cm/s,流速的均方根误差（RMSE）为30.48 cm/s,u方向的spearman相关系数（Rc-u）为0.79,v方向的spearman相关系数（Rc-v）为0.65。从对比结果来看,MCC法的海流反演效果较好。基于特征匹配的GHT方法一共得到68047个海流数据点,与对应的数值模型数据进行对比,得到海流的平均角度误差（AAE）为36.35度,平均相对误差（AME）为1.02,流速的平均绝对误差（MAE）为26.36 cm/s,流速的均方根误差（RMSE）为33.60 cm/s,u方向的spearman相关系数（Rc-u）为0.75,v方向的spearman相关系数（Rc-v）为0.60。GHT法与MCC法相比,GHT法的反演效果稍差,但是仍然得到比较好的反演结果。其次,取MCC和GHT反演得到的重叠海流数据点,以数值模型数据为参考标准,从时间尺度和空间尺度两个方面进行对比验证,结果显示两种方法的反演效果具有很好的一致性,在浊度特征锋面比较强的长江口和近海区域GHT方法反演的误差更小。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 祝真叶

导师: 严晓海,耿旭朴

关键词: 卫星,海表面流场

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 厦门大学

分类号: P715.7

总页数: 76

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标签：卫星论文;  海表面流场论文;