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船用X波段雷达被广泛应用于海洋表面波观测和研究。本文给出了一种新的从船用X波段雷达图像中确定主波传播方向的方法。X波段雷达图像中的海浪信号具有明显的尺度性和方向性。同时，curvelet变换作为一种同时具备尺度分辨率和方向分辨率的数学变换，能够对一幅雷达图像在不同尺度、不同方向和不同位置上进行分析。对一幅雷达图像进行curvelet分解并获得curvelet系数后，波浪信号主要集中在某些特定尺度和方向的curvelet系数中，从而我们可以获得带有 方向模糊的波传播方向。进而，通过计算几幅连续采集图像的互相关系数可以消除 方向模糊。同步观测的雷达图像和浮标数据证明了该方法的有效性。 相似文献
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经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)是反演海洋内波参数的有效方法之一,但由于EMD存在模态混叠等问题,对海洋内波进行参数反演时会产生一定误差。相比较于EMD,变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)能够有效地抑制模态混叠现象。为了更好地对海洋内波进行参数反演,提出了一种基于VMD对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,简称SAR)遥感图像中的内波参数进行自动反演的方法。该方法先对SAR图像进行Canny处理,获取图像中的内波条纹信息,再根据内波传播方向自动选取灰度剖面;然后利用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)信号特征自适应分解模态函数的特点,再将分解得到的有效模态数作为VMD中参数K的参考值;最后利用VMD分解后的数据进行内波参数反演。试验结果表明:通过对Canny预处理后的条纹信息进行灰度剖面自动选取,解决了人为选取剖面所可能导致的误差;通过对剖面信号进行VMD处理不仅解决了EMD模态混叠的问题,成功地反演出内波的前导波振幅,而且所反演的结果与EEMD反演参数以及实测资料数据吻合得很好。 相似文献
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本文通过对卫星遥感图像中的内孤立波及相互作用现象进行统计分析,讨论了南海北部内孤立波及相互作用现象的时空分布特征,验证了利用卫星遥感图像反演内孤立波振幅和传播速度以及研究内波相互作用现象的可行性。统计结果表明,南海北部的内孤立波主要集中在东沙群岛以及海南岛南部,内波相互作用主要集中在东沙岛西北部以及海南岛南部。本文对此给出解释:内波传播至东沙岛附近发生绕射,绕射的内波分裂成两列后以不同的传播方向继续向西传播,相遇并发生相互作用;内波在海南岛浅滩处发生反射,与后续传来的内波发生相互作用。同时,本文利用Korteweg-de Vries (KdV)方程和Benjamin-One(BO)方程,结合观测数据,对内波振幅和传播速度进行了反演实验。反演所得的内波振幅和传播速度与南海北部实际内波振幅和传播速度相近。 相似文献
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利用合成孔径雷达(SAR)图像研究海洋内波具有其他遥感探测及实地海洋测量不可替代的优势,然而从SAR数据中提取内波参数的方法却往往由于人工选取的位置不同使得反演的内波参数产生不同的偏差,为了尽量避免人工操作带来的误差并有效反演内波参数,文中提出了一种SAR图像海洋内波波向与波长参数估计的新方法。通过人工选取内波前导线上的3个位置点,计算机自动地获取内波的位置和内波的波向,提取内波断面,在此基础上利用EMD算法反演内波波长,结合内波区域海水密度剖面数据,进一步反演内波振幅参数。通过对实测SAR图像数据进行处理的结果可知,采用该方法对内波SAR图像进行处理,能很好地定位内波位置并获得传播方向及内波波长参数,结合海水密度剖面,实现了内波振幅参数反演。人工干预选取3个位置点,自动计算内波前导线弯曲弧度并自动计算5个内波剖面,减少了由于人工干预操作不同形成的偏差。 相似文献
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本文导得了1个研究内波分裂的射线型二维KdV方程。利用这一方程的一维退化方程进行了实验室尺度下孤立子型内波分裂的数值研究。数值结果表明,深水区的初始内孤立波和实测的内孤立波(内潮)在通过陆坡区时都会产生分裂,并在陆架上(浅水区)生成一内孤立子波列。这表明在实际海洋条件下,深海区内潮的分裂是陆架上海洋内孤立子波包(或波列)生成的主要机制之一。 相似文献
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内波为发生在层结海洋内部的亚中尺度波动,是物理海洋学研究,特别是海洋混合及能量级串研究,不可或的缺环节。孤立内波的突发性巨大冲击能量可对水下航行和工程设施构成灾难性威胁,实现实时监测与预报海洋内波具有重大现实意义。南海是全球海洋中超强内波多发海区之一。长期现场观测表明,吕宋海峡以西海域内孤立波振幅高达150～200 m,且终年发生。因此,南海是目前海洋内孤立波观测与研究热点海域。本文以2015年至2021年间发表的论文为依据,评述南海内波研究新进展,认为7 a来研究成果取得质的提升。第一,实现了由卫星为主要手段2D观测到以卫星与潜标同步3D观测为主要手段的提升。由此催生出振幅240 m超强内孤立波、中尺度涡对内波的调制作用、重现周期23 h 内孤立波、浅海内孤立波裂变现象、深海盆内波及动能级串等创新成果。第二,研究区开始呈现向中部深海盆扩展趋势。迄今为止,南海内波观测与研究集中在吕宋海峡以西和北部陆架,现已出现向中部深海盆扩展趋势。第三,海洋探测高新技术应用于南海内波观测与研究,取得了突破性成果。由卫星高度计沿轨海面高度场二维平面波分解技术得出的南海M2内潮辐射图,解决了多年争论不休的南海北部内波生成机制和生成源地问题。人工智能技术成功应用于建立南海邻近的边缘海内波传播预报模式。模式预报的一个潮周期之后内波波峰线位置与后续卫星图像上显示的位置之间的平均相关系数达95%,平均距离均方根差为3 km。快速深潜剖面浮标技术应用于南海北部深海盆,得出0～3 500 m 全水深内波波段（周期为0.1～1.8 d）波动引起的水温起伏幅度垂直分布。高分辨水下声成像技术,包括人工地震技术和回声探测仪,成功应用于南海北部陆架内波观测与研究。其中回声探测仪图像空间分辨率达10 cm,清楚显示出内孤立波波包精细结构,可精确测得水平尺度仅为2 m的孤立波特征半宽度。可以预期,大量科学研究成果的积累,特别是采用人工智能技术建立内波传播预报模式的成功实例,必将为开发南海内波精准预报模式奠定基础。 相似文献
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《海洋技术学报》2014,(6)
海洋SAR图像由于纹理复杂,目前绝大多数的SAR图像海洋内波处理方式都是通过人工干预在SAR图像上选取一个或多个沿内波传播方向的截面,再依据截面数据的灰度分布求内波波长等参数,这种方法要求操作者有一定的专业知识,且随操作者选取截面的不同,反演得到的内波参数变化较大。依据海洋内波特点,采用二维连续小波变换对海洋SAR图像进行滑动窗扫描,自动找出含有海洋内波的图像区域,再通过椭圆域归一化Radon变换自动反演含有内波区域的内波波长、传播方向等参数。由SAR图像内波参数提取结果可知,提出的SAR图像内波参数自动提取方法,是一种全自动的SAR图像内波参数提取方法,能够较好地定位内波所在的图像区域,自动提取这些区域中的内波参数,且提取的内波传播方向可自动去除180°模糊,可解决海量SAR海洋数据内波参数自动提取的难题。 相似文献
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为了研究南海北部黑潮入侵对内孤立波生成造成的影响,本研究在对合成孔径雷达图像处理分析的基础上,运用二维非静力模式,对南海北部内孤立波生成以及其对黑潮入侵的响应做了初步的模拟和分析。对4 a(2007~2010年)的合成孔径雷达(SAR)图像统计分析发现,内波出现频率呈现明显的季节变化。月平均数据表明,内波出现频率在5月到8月期间较高并在6月达到峰值,占全年总数的29%;而在11月到次年的2月份期间出现频率较低并在12月和1月达到最低,各占全年的0.5%。通过二维、非静力近似数值模拟研究发现:黑潮入侵引起的平流对吕宋海峡区域内孤立波的激发产生具有明显的影响。具体表现为,黑潮入侵引起的的西向平均流拉伸了内孤立波波形并加强内孤立波的能量的频散,使得大振幅内孤立波演变成多个分散的波动,波长变长、振幅变小。敏感性实验通过替换夏季温盐场为冬季温盐场,对模拟结果并无实质上的影响,表明冬夏季温盐场的差异并非是SAR观测内波出现频率呈季节变化的重要因素。 相似文献
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海面溢油SAR图像中的相干斑噪声严重影响了后续的图像分割、特征提取和分类.为了更有效地抑制海面溢油SAR图像相干斑,文中提出了一种基于复contourlet域隐马尔科夫树模型的海面溢油SAR图像相干斑抑制方法.首先对观测图像取对数并进行复contourlet变换;然后在复contourlet域中用隐马尔科夫树模型对相邻尺度间的带通方向子带系数进行建模,并依据贝叶斯最小均方误差准则估计无噪系数;最后进行逆复contourlet变换和指数变换,得到相干斑抑制后的图像.大量实验结果表明,与Lee、Kuan、Frost及Gamma Map等4种经典滤波方法以及小波域和contourlet域隐马尔科夫树模型方法相比,文中方法从主观视觉和客观定量评价两方面来看综合性能更为优越,是一种行之有效的SAR遥感图像海面溢油检测的预处理方法. 相似文献
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A European Space Agency＇ s ENVISAT advanced synthetic aperture radar （ASAR） image covering Zhejiang coastal water in the East China Sea （ECS） was acquired on 1 August 2007. This image shows that there are about 20 coherent internal solitary wave （ISW） packets propagating southwestward toward Zhejiang coast. These ISW packets are separated by about 10 kin, suggesting that these ISWs are tide-generated waves. Each ISW packet contains 5-15 wave crests. The wavelengths of the wave crests within the ISW packets are about 300 m. The lengths of the leading wave crests are about 50 km. The ISW amplitude is estimated from solving KdV equation in an ideal two-layer ocean model. It is found that the ISW amplitudes is about 8 m. Further analysis of the ASAR image and ocean stratification profiles show that the observed ISWs are depression waves. Analyzing the tidal current finds that these waves are locally generated. The wavelength and amplitude of the ECS ISW are much smaller than their counter- parts in the South China Sea （SCS）. The propagation speed of the ECS ISW is also an order of magnitude smaller than that of the SCS ISW. The observed ISWs in the ECS happened during a spring tide period. 相似文献
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Internal solitary waves (ISWs) are common mesoscale dynamic processes in the ocean that are spread throughout the world’s oceans. The South China Sea (SCS), Western Pacific (WPAC) and Indian Ocean (EIND) (SCS-WPAC-EIND) are areas where ISWs frequently occur. In particular, in the northern part of the South China Sea, Sulu Sea, Celebes Sea, Andaman Sea, Lombok Strait and northeastern part of Taiwan Island, ISWs exist almost year-round. Remote sensing is an important technique to carry out investigations and research on ISWs on a large scale. In particular, optical sensors represented by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) can observe ISWs for a long time and on a large scale, while SAR sensors such as Sentinel-1 A/B can compensate for the deficiencies in optical sensors and comprehensively observe ISWs. Based on many years of remote sensing surveys of ISWs, this paper uses MODIS and Sentinel-1 satellite remote sensing images of more than 70 000 scenes from 2010 to 2020 to carry out survey studies of ISWs in the SCS-WPAC-EIND. The survey systematically gives the temporal and spatial distribution characteristics of ISWs in the SCS-WPAC-EIND and focuses on the analysis of the ISW characteristics in main areas in the SCS-WPAC-EIND, thereby providing basic data for further research on ISWs. 相似文献
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南海北部陆架区内孤立波向岸传播过程研究 总被引：1，自引：0，他引：1
南海北部是全球海洋中内孤立波最强和最为活跃的海域。然而,内孤立波在传入陆架区后,其形态发生显著变化,其传播演变过程表现出高度的复杂性。本研究综合卫星图像和数值模式手段研究了内孤立波在向岸传播过程中的空间变化特征。可见光卫星图像研究结果显示,南海北部陆架区存在三种形态的内孤立波,分别为第一模态下凹型内孤立波、第一模态上凸型内孤立波和第二模态内孤立波。受水深和层结变化的控制,它们的分布区域显著不同。基于MITgcm的数值模拟研究表明,上凸型内孤立波由第一模态下凹内孤立波经过极性转换过程发展而来,而第二模态内孤立波由第一模态下凹内孤立波与急剧变浅地形相互作用而产生。 相似文献
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基于光学遥感图像的内孤立波参数反演是一项重要的工作。本文在实验室条件下提出一种新方法用于模拟光滑表面情况下内孤立波的光学遥感成像。基于二维内波水槽、LED平板面光源和CCD相机搭建仿真光学遥感系统探测内孤立波。水平表面的光学遥感图像和垂向内孤立波传播图像被同时探测，旨在探讨在光滑表面下，光学遥感与内孤立波的响应。结果表明，内孤立波传播经过时，CCD1相机获得暗纹，暗纹的特性随光源入射角的变化而变化。光学遥感特征参数和垂向波要素相对应。实验还显示光学遥感图像的暗纹宽度与内孤立波的半波宽度在不同内孤立波振幅下呈现正相关关系。该系统有着现象清晰，重复性高的优点，为定量研究光学遥感成像机理提供科学依据。 相似文献
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合成孔径雷达在海洋环境监测和海洋研究中扮演着越来越重要的角色。受其成像机制的影响，合成孔径雷达图像总是受到斑点噪声的污染。斑点噪声的存在会增大目标识别、跟踪和分类的难度，也会降低雷达信号的信噪比。合成孔径雷达海洋图像具有一些特殊的性质：海洋现象在雷达图像中主要呈现为条带状或斑块状的结构。这些条带状或斑块状的结构呈现出高度的自相似性或信息冗余。非局部平均方法能够衡量图像中不同图像块之间纹理结构的相似性，并利用图像的自相似性对图像进行去噪。但非局部平均去燥方法存在计算量巨大、计算耗时长的缺点，这几乎限制了其实际应用。本文采用一种自适应方法将雷达图像中的像素点区分为纹理区像素点和平坦区像素点。对纹理区像素点，采用较大的相似窗和搜索窗，对平坦区像素点，采用较小的相似窗和搜索窗，从而提高计算速度。进一步，本文基于计算统一设备并行架构（CUDA）技术，利用计算机图形处理器（GPU）对前述算法进行并行加速。与经典非局部平均算法相比，加速后算法的计算效率提高了200倍。 相似文献
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This work examines ERS-1 (the first European Remote Sensing Satellite) SAR (Synthetic Aperture Radar) water surface wave images over Hualien of Taiwan, indicating that the variation of SAR signals in space domain is similar to in situ wave data's in time domain. Some statistical properties of SAR data are investigated. The Rayleigh distribution function closely corresponds with the histogram of wave heights, but the Gaussian one cannot for water surface displacements. Evidence reveals that SAR wave signals do not respond well to actual ocean waves effectively. As wave spectral analysis of available SAR data reveals, the appropriate sample size of SAR wave image, sampling average, and moving average should be taken carefully to accurately confirm directional power spectra. Moreover, SAR spectra are compared with in situ ones, confirming that peak frequencies correlate well and wave directions approximately agree with each other. Some differences between both spectral shapes remain somewhat unclear and require further study. Nevertheless, in this study, ERS-1 SAR power spectra verified the feasibility of deriving an appropriate dominant wave direction and peak frequency. 相似文献
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内孤立波是发生在密度稳定层化海水中的一种特殊的海洋内波。预测内孤立波传播难度较大。本文提出了一种方法,利用美国麻省理工学院大气环流模型（MITgcm）的内孤立波模型计算了大量模拟数据,建立数据库。采用机器学习的方法,建立一个基于支持向量机（support vector machine,SVM）的安达曼海南部内孤立波传播预测模型。最后运用安达曼海南部的Sentinel-1A合成孔径雷达（SAR）图像对内孤立波传播预测模型结果进行检验。结果表明：基于SVM的内孤立波传播时间预测模型预测的时间平均绝对百分比误差为8.43%,平均绝对误差为1.00 h。基于SVM的内孤立波到达位置预测模型预测的位置平均绝对百分比误差为0.071%,平均绝对误差为0.069°。基于SVM的内孤立波振幅预测模型预测的振幅范围为23.80~84.98 m。 相似文献
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Huarong Xie Qing Xu Quanan Zheng Xuejun Xiong Xiaomin Ye Yongcun Cheng 《海洋学报(英文版)》2022,41(6):137-145
This study assesses the accuracy and the applicability of the Korteweg-de Vries(KdV) and the nonlinear Schr?dinger(NLS) equation solutions to derivation of dynamic parameters of internal solitary waves(ISWs) from satellite images. Visible band images taken by five satellite sensors with spatial resolutions from 5 m to 250 m near the Dongsha Atoll of the northern South China Sea(NSCS) are used as a baseline. From the baseline, the amplitudes of ISWs occurring from July 10 to 13, 2017 are estimate... 相似文献