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机载超低频雷达探测海洋内波是海洋内波探测的新方法。海洋内波使海水电导率垂向分布发生扰动,当雷达发射的电磁波探测信号传播到内波扰动界面,电磁信号发生反射,部分反射信号再次穿透海面传播到空气中并被天线捕捉,雷达系统通过处理内波界面处的反射信号并抑制海面的反射信号实现对海洋内波的探测。根据麦克斯韦方程和海水的物理性质,推导出超低频电磁波在海水中的传播特性,研究海水温度、盐度变化对海水电导率的影响,根据KDV方程解和垂向特征函数解构造了海洋内波垂向结构,仿真了雷达接收到的海表面处、内波界面处的反射信号及其延迟时间,仿真结果表明,可以使用该方法探测海洋内波。 相似文献
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合成孔径雷达(SAR)以其高分辨率、能不受雨云影响实施全天时全天候全方位监测,在海面溢油灾害应急监测过程中发挥着越来越重要的作用。溢油是因为海面油膜抑制了毛细波和重力波,在SAR图像上呈暗斑而被识别。然而,海面溢油的乳化过程直接影响SAR对海面溢油后向散射截面的观测精度。本研究以物理海洋学和激光原理以及海面电磁散射理论为基础,通过实验利用激光扫描仪观测海面溢油粗糙度,分别与溢油特征参数、后向散射系数建立对应关系;耦合海面溢油参数与后向散射截面的关系,利用电磁散射数值建模方法,建立海面溢油散射模型,研究海面溢油乳化过程对微波后向散射截面的影响。本项目的研究将为SAR监测海面溢油量、溢油厚度及油品分布格局提供了可能;将进一步揭示海面溢油的散射机制,提高SAR海面监测溢油的精度和能力。 相似文献
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浅海水下地形的SAR遥感仿真研究 总被引：2，自引：0，他引：2
结合连续性方程和布拉格后向散射模型,在准一维简化浅海水下地形情况下,建立了浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度仿真模型,将浅海水下地形区域的SAR海面后向散射强度的相对变化与大尺度背景流场、海面风场和雷达系统参数等联系起来.海上实验和研究结果表明,浅海水下地形的SAR成像主要由通过受水下地形影响的海表层流场对海表面风引起的微尺度波的水动力调制而获取浅海水下地形信息,其中潮流与水下地形的相互作用过程改变海表层流场,变化的海表层流与海表面微尺度波之间的相互作用改变海表面波的空间分布,雷达波与海表面波之间的相互作用决定雷达海面后向散射强度.因此SAR图像中浅海水下地形或水深信息量的多少不仅与海表层流场和海面风速有关,而且与雷达工作波段、雷达波束入射角和极化方式也密切相关.认为由水下地形变化引起的缓慢变化的表层流场中海表面定常微尺度波谱能量密度的变化满足波作用量谱平衡方程;而在波数空间中,海表面微尺度波谱的成长过程也可以用波数谱平衡方程描述,在此基础上,得出了海表面波高频谱(毛细-重力波)形式的解析表达式.众所周知,浅海水下地形信息是由于水下地形影响下SAR海面后向散射强度与背景海面后向散射强度的相对差异而在SAR图像上的呈现,从而在建立浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度仿真模型的基础上,仿真计算了浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度相对于海表层流场、海面风场等海况参数和SAR工作波段、SAR波束入射角、极化方式等雷达系统参数的数值仿真结果,分析得到了有关浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度的特征和SAR浅海水下地形遥感的最佳海况参数与最佳雷达系统参数,为研究和开展SAR浅海水下地形遥感研究提供了有价值的参考. 相似文献
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为了解各向异性随机粗糙海面的微波双站散射机制及其特性，本文利用解析近似的积分方程模型以及一种改进的半经验海浪谱模型实现了对各向异性随机粗糙海面的全极化微波散射仿真模拟，并与卫星观测数据、经验的地球物理模式函数及已有的解析近似散射模型仿真结果进行了对比，验证了仿真结果的可行性和准确性。利用该模型分析了入射波频率、入射角、极化方式、海面风速及风向等参数对各向异性海面双站散射的影响。模拟结果表明，在不同的入射角、散射角及方位角等观测几何条件下，海面不同波段的双站散射表现出不同的空间散射特性，且对风速、风向等海面动力学参数表现出不同的敏感性，以L波段为例，海面向后半球双站散射在各个极化方式下都对风速较为敏感，而在同极化方式下，其对风向的响应在中低风速和高风速条件下相反，整体而言，低风速下海面双站散射对风向更为敏感。这表明对于海面动力参数的反演，双站散射可以提供比传统单站雷达后向散射更丰富的物理信息。本文探讨了各向异性海面微波双站散射特性，为基于主动式及分布式微波传感器的海洋动力参数遥感反演提供了理论分析基础。 相似文献
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海洋微波散射模型相比于以经验统计建立的地球物理模式函数具有不受特定微波频率限制的优势。组合布拉格散射模型和几何光学模型形成了复合雷达后向散射模型。利用南海北部气象浮标2014年海面风速风向实测值作为散射模型输入，分别比较了复合雷达后向散射模型与RADARSAT-2卫星C波段SAR、HY-2A卫星Ku波段微波散射计的海面后向散射系数，偏差分别为(?0.22±1.88) dB (SAR)、(0.33±2.71) dB (散射计VV极化）和(?1.35±2.88) dB (散射计HH极化)；以美国浮标数据中心(NDBC)浮标2011年10月1日至2014年9月30日共3年的海面风速、风向实测值作为散射模型输入，分别比较了复合雷达后向散射模型与Jason-2、HY-2A卫星Ku波段高度计海面后向散射系数，偏差分别为(1.01±1.15) dB和(1.12±1.29) dB。中等入射角和垂直入射下的卫星传感器后向散射系数观测值与复合雷达后向散射模型模拟值比较，具有不同的偏差，但具有相同的海面风速检验精度，均方根误差小于1.71 m/s。结果表明，复合雷达后向散射模型可模拟计算星载SAR、散射计和高度计观测条件下的海面雷达后向散射系数，且与CMOD5、NSCAT-2、高度计业务化海面风速反演的地球物理模式函数的计算结果具有一致性；复合雷达后向散射模型可用于微波遥感器的定标与检验、海面雷达后向散射的模拟。 相似文献
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全极化X波段雷达掠散射海面回波统计分布特征研究 总被引：1，自引：0，他引：1
尽管复Wishart分布已被广泛应用于SAR数据统计分析，然而该分布函数却很少被用来研究雷达海面掠散射回波时间序列的统计特征。本文通过分析IPIX雷达海面掠散射回波数据发现：大尺度海浪遮挡区的雷达回波能量很低，主要是雷达系统噪声，如果将该部分低能量回波数据剔除以后，真实海面的IPIX 雷达回波时间序列数据亦满足圆高斯分布，因此，IPIX 雷达海面回波的时间序列数据也必然满足复Wishart分布。在此，我们基于Wishart分布模型分别对全极化IPIX 雷达不同极化通道数据的海面回波时间序列数据进行了统计研究，并推导给出了不同通道数据协方差矩阵元素实部、虚部及相位差等参数的统计分布函数模型。通过与雷达测量数据比计较可见，推导所得理论统计模型与实际测量数据吻合很好。本文所得结论对进一步深入理解掠散射海面雷达回波的统计特征具有一定理论意义。 相似文献
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铁山湾是北部湾东北部较大的海湾,水深条件好,可用岸线长。为研究铁山湾建港工程前后湾内的水体交换能力,文章建立了平面二维的水动力模型以及平面二维对流扩散模型,率定后水动力学模型模拟结果与实测结果吻合良好。运用二维对流扩散模型计算了湾内不同区域的水体半交换时间,模拟结果表明：铁山湾的水体交换能力较强,工程前水体半交换时间为129天,海域的水体交换能力主要受铁山湾潮汐作用的影响。铁山湾潮汐作用较强,潮差较大,且铁山湾口门开阔,这都为铁山湾的水体交换提供了良好的条件。工程后铁山湾水体半交换时间为142天,工程前后铁山湾水体半交换时间仅相差13天,说明工程方案对铁山湾水体交换能力无重大影响。 相似文献
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A simple numerical technique is developed for generating pseudorandom realizations of three-dimensional (3-D) transient acoustic waves that are scattered from two-dimensional (2-D) patches of randomly rough surfaces. The rough surface height of a patch is represented numerically in the 2-D horizontal wavenumber plane by choosing a scheme for interpolation between pseudorandom complex coefficients. Using this approach, the realizations of the patches can be generated from experimentally measured roughness power spectra, and phase information is generated in the frequency domain that leads to time spreads in the time domain. The acoustic scattering is modeled here with first-order perturbation theory. The boundary conditions considered here are pressure-release, rigid, and fluid-fluid. Three different spatial windows are considered for defining the patches. In the time domain, the time spreads of the scattered waveforms agree with predictions. In the frequency domain, the phase is seen as a random walk. The solutions developed here can be used with normal mode propagation models or ray propagation models 相似文献
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本文利用了23年的卫星高度计数据和WOA13气候态月平均温盐资料,考察了北太平洋副热带逆流(STCC)区涡旋动能谱及其涡旋尺度季节变化的动力过程。为了揭示其动力机制,本文采用了斜压2.5层模式并结合动能串级的理论进行分析。结果表明,在STCC区由于海洋层结及地转流的垂向剪切发生了季节性变化,从而产生的斜压不稳定是导致涡旋动能谱季节变化的原因。涡旋动能最大的时间发生在5—6月份,滞后于斜压最不稳定发生的时间(3月份)约2—3个月左右,这是由于斜压不稳定产生的扰动需要一定时间才能发展成振幅足够大的涡旋。斜压不稳定提供的能量使得涡旋相互作用加强,产生了动能逆向串级,动能谱向更大尺度转移。涡旋能量尺度在3月份仅为280km,而在9月份达到最高值335km左右。另一方面,我们发现STCC区动能谱斜率及动能谱通量也有季节变化,在涡旋动能最大的5—6月份,当尺度小于罗斯贝变形尺度时,谱斜率达到1k–3,而动能谱通量达到最大值。对STCC区涡动能谱及涡旋尺度季节变化的研究,对深入认识中尺度涡旋的产生及其演变机制有着重要的意义。 相似文献
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再谈海冰边缘区域中尺度涡旋形成机制——非线性平流 总被引：1，自引：1，他引：0
利用三维海洋模式与二维海冰模式耦合,研究海冰边缘区域中尺度涡旋形成最重要的机制之一——非线性平流机制。二维海洋模型模拟结果表明,非线性平流机制在水深比较浅的时候更加重要。不同于把海洋考虑成一个正压流体的二维模型,三维海洋模型中海冰通过海-冰相互作用直接影响海洋表层。我们发现在三维海洋模型实验中,中尺度涡旋和海洋表面抬升都对水深变化敏感。海流速度的垂直结构表面,当海水变浅,各层海流都变得更快。相同风应力作用相同时间之后,表面抬升与海水深度成反比关系。同时我们还发现由于垂直运动,在三维海洋模型实验结果中,海面抬升非常小,只有二维海洋模型实验结果的1%。垂直运动是三维海洋模型和二维海洋模型实验结果不同的根本原因。 相似文献
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Sakir Bal 《Ocean Engineering》1998,26(4):343-361
A potential based panel method for the hydrodynamic analysis of 2-D hydrofoils moving beneath the free surface with constant speed without considering cavitation is described. By applying Green's theorem and the Green function method, an integral equation for the perturbation velocity potential is obtained under the potential flow theory. Dirichlet type boundary condition is used instead of Neumann type boundary condition. The 2-D hydrofoil is approximated by line panels which have constant source strength and constant doublet strength distributions. The free surface condition is linearized and the method of images is used for satisfying this free surface condition. All the terms in fundamental solution (Green function) of perturbation potential are integrated over a line panel. Pressure distribution, lift, residual drag and free surface deformations are calculated for NACA4412, symmetric Joukowski and van de Vooren profile types of hydrofoil. The results of this method show good agreement with both experimental and numerical methods in the literature for the NACA4412 and symmetric Joukowski profile types. The lift and residual drag values of the van de Vooren profile are also presented. The effect of free surface is examined by a parametric variation of Froude number and depth of submergence. 相似文献
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《Ocean Engineering》1999,26(4):343-361
A potential based panel method for the hydrodynamic analysis of 2-D hydrofoils moving beneath the free surface with constant speed without considering cavitation is described. By applying Green's theorem and the Green function method, an integral equation for the perturbation velocity potential is obtained under the potential flow theory. Dirichlet type boundary condition is used instead of Neumann type boundary condition. The 2-D hydrofoil is approximated by line panels which have constant source strength and constant doublet strength distributions. The free surface condition is linearized and the method of images is used for satisfying this free surface condition. All the terms in fundamental solution (Green function) of perturbation potential are integrated over a line panel. Pressure distribution, lift, residual drag and free surface deformations are calculated for NACA4412, symmetric Joukowski and van de Vooren profile types of hydrofoil. The results of this method show good agreement with both experimental and numerical methods in the literature for the NACA4412 and symmetric Joukowski profile types. The lift and residual drag values of the van de Vooren profile are also presented. The effect of free surface is examined by a parametric variation of Froude number and depth of submergence. 相似文献
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A high-resolution mode-matching (HRMM) estimator is used to invert El Nino profile perturbations. By matching a proper set of modal travel time perturbations in a 2-D parameter space constructed by the first two coefficients of the empirical orthogonal function (EOF), the El Nino profile can be efficiently inverted. As contrasted with the conventional linear inversion scheme, the performance of the matched-mode scheme is significantly improved because the nonlinearity of the modal travel time perturbation has been taken into account 相似文献
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为了分析海浪初始场误差对于短期预报的影响,导出了海浪谱能量平衡方程的初始扰动谱线性演化方程,据此分析了数值实践中扰动谱的增长和衰减过程;在特定条件下,将初始扰动谱线性演化方程做了简化,依此考虑扰动谱持续时效问题。分析结果表明,初始谱误差是以指数形式增长或衰减的,即使在衰减情况下。持续时效也至少有1～2d的量级,初始场精度是影响海浪短期预报准确度的一个重要因素。 相似文献
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—In this paper,the second-order perturbation method in frequency domain is used to calculateRAO and spectra of motion and mooring line tension of a turret-moored tanker in ballast condition.Thecalculated results are compared with corresponding experiment results.In the experiment the wave head-ing is 180°,and the wave spectra is the P-M spectrum and white noise spectrum.In the theoretical calcu-lations,the damping coefficient of slow oscillation of the tanker is determined on the basis of the dampingobtained from a test of irregular waves where the mooring system is replaced by a nonlinear spring withnonlinear stiffness similar to that of the mooring system.From the comparison between theoretical calcula-tions and experimental results,it can be found that the theoretical results obtained by the second-orderperturbation method in frequency domain are in good agreement with the experimental results,indicatingthat the damping coefficient of slow oscillation of the tanker required in frequency domain calcu 相似文献