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X-波段雷达近海海浪频谱反演的神经网络模型 总被引：2，自引：1，他引：1
X-波段雷达作为国内海浪观测的一种新工具,在海浪频谱获取和有效波高反演方面仍存在较多问题.本文利用非线性回归方法,将现场实测浮标数据频谱和雷达一维图像谱分别与标准频谱模型进行拟合,发现浮标频谱和一维图像谱具有标准频谱的特征,能够较准确地获取相应的谱参数.提出了建立由雷达一维图像谱参数反演海浪频谱参数的神经网络模型,同时在模型中加入影像序列信噪比,进而反演有效波高,并将反演结果与现场实测数据和传统算法(建立影像序列信噪比与有效波高之间的线性回归方程)进行了对比,结果表明,获取谱参数的误差和反演有效波高的平均误差在20％以内,而传统算法计算有效波高平均误差在20％以上. 相似文献
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用波面高度分布的非正态特征反演非线性随机海浪 总被引：1，自引：0，他引：1
本文不依据波动的非线性方程,而是利用波面高度分布的非正态特征反演非线性随机海浪.在窄谱条件下,论述了反演的非线性波面、谱及波面极大(小)值分布同现有某些非线性理论结果的一致性,以深水正态海浪过程用浅水非正态特征反演浅水非线性海浪过程及其谱作为算例,并用实测资料检验,结果表明,其同实测值符合较好,从而说明本文方法是可行的. 相似文献
3.
以墨西哥湾同步高度计、浮标资料为例,研究了海浪成长状态对高度计风速反演的影响。同步的高度计风速和浮标风速比较显示,在墨西哥湾地区,海浪成长状态对高度计风速反演有较大影响。在考虑海浪成长状态影响的条件下,利用谱模型反演高度计风速,取得了较好的效果。与目前TOPEX/Poseidon高度计风速反演业务化算法相比,在海浪未充分成长条件下,考虑海浪成长状态影响后,根据谱模型反演获得的风速与浮标风速之间的均方根误差减小了30%,平均误差减小了83%。在利用谱模型算法反演高度计风速时,谱模型中的波龄因子(表示海浪成长状态)可以根据高度计测得的有效波高和风速获得,因此该方法具有广泛的适用性。 相似文献
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外观海浪谱的比较和验证 总被引：4，自引：0，他引：4
不同于通常意义下的海浪谱(以下简称为“内频谱”),外观海浪谱描述的是海浪能量随外观频率的分布,它可以依据表征海浪外观统计特征的波高与调期联合分布从理论上确定.本文在Huang、孙孚等已有工作的基础上,对外观海浪谱进行了较为深入的研究.首先,纠正了Huang等论文中的某些错误,并将Huang、孙孚等据不同的联合分布导出的外观海浪谱进行比较;然后,分别计算这两种外观海浪谱的前三阶矩,并与内频谱的矩进行比较;最后,用实验和现场资料对从理论上导出的外观海浪谱进行验证.结果发现,当谱宽度v≤0.3时,外观海浪谱矩与内频谱矩差异很小,理论谱形与实测结果也非常接近.因而,在实际问题的应用中,若谱宽度不大,则就可以用本文讨论的外观海浪谱去替代目前从理论上尚不能得到的通常意义下的海浪谱. 相似文献
5.
基于星载波谱仪海浪方向谱探测原理，仿真了不同海况、风速下的海浪波谱仪接收信号，并采用周期图法、Welch法、AR模型法以及最小方差法共4种不同的调制谱估计方法反演出海浪谱，比较各种调制谱估计方法的海浪方向谱反演性能。仿真结果表明:对于一定方位向下的一维海浪谱反演，不同调制谱估计方法反演海浪谱性能优劣没有绝对的顺序。对于二维海浪谱反演，在成长中海浪条件下周期图法反演性能最差，其他3种方法的反演性能没有绝对优劣顺序；对于成熟风浪，最小方差法在积分能量误差、有效波高误差两个指标上的反演性能最好，在主波波向、主波波长误差上，周期图法反演性能最差，其他3种方法没有绝对优劣顺序。在涌浪条件下，AR模型法反演性能优于其他3种方法。在不同海况下，随着波谱仪中心入射角的下降，反演性能会下降。基于这些仿真结果，本文推荐最小方差法作为充分成长海浪的海浪方向谱反演的调制谱估计方法，AR模型法作为涌浪海浪方向谱反演的调制谱估计方法。 相似文献
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本文根据相干斑噪声的时间快变特征和非海浪纹理现象的时间缓变特征，基于交叉谱提出了一种对相干斑噪声和大尺度非海浪纹理的抑制的方法，进而结合SAR图像谱和海浪谱之间的准线性映射关系，基于SAR数据对海浪参数进行了反演。在反演过程中，首先仿真分析了不同海况下准线性近似法的海浪反演能力，结果表明：风浪引起的方位向截断效应会显著影响反演精度，因此该方法在低风速时的涌浪反演精度更高。通过将基于Sentinel-1卫星2020年的波模式SAR数据的反演结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的再分析数据进行对比，发现高海况海浪有效波高反演结果明显偏低，而且该反演误差与风速、方位向截断波长之间存在显著相关性。为了提高有效波高的反演精度，本文进一步给出了海浪有效波高反演误差与风速、方位向截断波长之间的经验校正函数模型，结果显示，通过该模型修正后的海浪有效波高反演结果与ECMWF数据和浮标测量数据具有良好一致性。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2017,(Z1)
欧空局相继发射的多颗海洋卫星专门设计了波模式SAR数据,提供了27a全球二维海浪的连续观测。批量数据的精确反演对于海浪研究、海浪预报、海洋产业和军事活动至关重要。本文使用ORSI/OUC研发的基于MPI方法的卫星SAR海浪方向谱反演程序,研究了第一猜测谱运行范围对反演结果的影响。对西北太平洋17 000幅波模式SAR数据进行批量处理,发现反演程序中MPI非线性反演方法第一猜测谱的运行范围对反演结果的能量密度、波长、传播方向和谱形结构有程度不同的影响,文中给出一个实例。进而选择10°S~70°N,90°E~170°W运行范围,利用NOAA/NDBC浮标数据,对17 000个反演的海浪方向谱数据进行同步印证,相对误差为4.5%,均方根误差为0.52m,偏差为0.01m。 相似文献
8.
海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关，可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度，建立了回波谱宽模型，分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响，同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明，剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后，基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好，这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。 相似文献
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针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。 相似文献
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GPS浮标数据反演海浪谱的理论仿真与试验验证 总被引：1，自引：1，他引：0
GPS浮标作为一种新型的海洋测量设备,近年来在海面高度现场测量和星载高度计定标方面取得了重要应用。通过仿真试验对反演海浪谱的方法和流程进行研究,旨在探索从GPS浮标测量的海面高度序列中提取海浪谱的方法。首先,使用Longuest模型生成了海浪波面位移时间序列,并通过Pierson-Moscowitz风浪谱对波面位移的统计特性进行约束,其随机性由相位引入。结合典型潮汐和GPS浮标仪器噪声的仿真时间序列,合成了仿真时间长度1h的1Hz(每秒1次)随机海面高度序列。然后,利用自相关函数法,进行高通滤波和数据压缩,得到了仿真的海浪谱。该仿真结果和理论海浪谱非常接近,可满足海浪谱反演的需求。最后,通过山东石岛外海的GPS浮标现场试验,验证了本文提出的反演方法的适用性。本文的研究解决了GPS浮标反演海浪谱的关键问题,丰富了海浪谱反演的手段,拓展了GPS浮标的应用领域,有望为未来我国的星载波谱仪定标服务。 相似文献
11.
This paper presents a three-dimensional analytic linear wave solution for surface gravity wave propagation over a sloping bottom that is valid for small, but realistic, slopes. The sloping-bottom linear model is compared to published laboratory data and to predictions of two-dimensional, constant-bottom nonlinear theories. The model is shown to describe the measured wave-height growth in the wave transformation region up to a limiting local Ursell number Ur of 0.35-1.0, depending on the wave type, although, as a linear model, it does not predict the harmonics observed in that range. For Ur<0.35, the harmonics can generally be neglected and the sloping-bottom linear theory agrees closely with both the published wave-height data and third-order Stokes nonlinear theory. As a three-dimensional linear model, superposition can be invoked to synthesize and relate wave structure in the transformation region to complex incident ocean spectra with both wind wave and swell components that arrive with a range of incidence angles. As such, the sloping-bottom linear model presented here should be a convenient useful tool for ocean modeling through a significant portion of the wave transformation region 相似文献
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为了验证波谱仪反演二维海浪谱的功能,根据海浪波谱仪的信号形成机制,总结了机载波谱仪反演海浪的流程。利用机载波谱仪回波数据,通过自相关和互相关两种功率谱估计方法,反演了二维海浪谱。最后通过与浮标测量的二维海浪谱进行对比,验证了该机载波谱仪探测二维海浪谱的有效性。结果表明,无论采用自相关函数还是互相关函数进行功率谱估计,得到的主波波长和有效波高与实际二维海浪谱基本一致。互相关函数法得到的交叉谱能去除180°模糊现象,其在计算有效波高时相对于自相关函数会稍微偏小。在计算斜率方差时可以采用5°~12°入射角范围的后向散射系数进行公式拟合,因此定标与否并不影响最后的二维海浪谱结果,未来星载波谱仪只有靠多波束联合才能实现。 相似文献
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Effect of Stokes drift on upper ocean mixing 总被引：1，自引：0，他引：1
Stokes drift is the main source of vertical vorticity in the ocean mixed layer. In the ways of Coriolis - Stokes forcing and Langmuir circulations, Stokes drift can substantially affect the whole mixed layer. A modified Mellor-Yamada 2. 5 level turbulence closure model is used to parameterize its effect on upper ocean mixing conventionally. Results show that comparing surface heating with wave breaking, Stokes drift plays the most important role in the entire ocean mixed layer, especially in the subsurface layer. As expected, Stokes drift elevates both the dissipation rate and the turbulence energy in the upper ocean mixing. Also, ilffluence of the surface heating, wave breaking and wind speed on Stokes drift is investigated respectively. Research shows that it is significant and important to assessing the Stokes drift into ocean mixed layer studying. The laboratory observations are supporting numerical experiments quantitatively. 相似文献
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This paper proposes the retrieval method of ocean wave spectrum for airborne radar observations at small incidence angles, which is slightly modified from the method developed by Hauser. Firstly, it makes use of integration method to estimate total mean square slope instead of fitting method, which aims to reduce the affects of fluctuations superposed on normalized radar cross-section by integration. Secondly, for eliminating the noise spectrum contained in signal spectrum, the method considers the signal spectrum in certain look direction without any long wave components as the assumed noise spectrum, which would be subtracted from signal spectrum in any look direction for linear wave spectrum retrieval. Estimated ν from the integration method are lower than the one from fitting method and have a standard deviation of 0.004 between them approximately. The assumed noise spectrum energy almost has no big variations along with the wave number and is slightly lower to the high wave number part of signal spectrum in any look direction, which follows that the assumption makes sense. The retrieved directional spectra are compared with the buoy records in terms of peak wavelength, peak direction and the significant wave height. Comparisons show that the retrieved peak wavelength and significant wave height are slightly higher than the buoy records but don’t differs significantly (error less than 10%). For peak direction, the swell waves in first case basically propagate in the wind direction 6 hours ago and the wind-generated waves in second case also propagate in the wind direction, but the 180? ambiguity remains. Results show that the modified method can carry out the retrieval of directional wave spectrum. 相似文献
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By using the theories on Stokes multicolored water waves and taking the two- layer ocean as a basic model of stratified ocean, the paper analyzes the problems related to the effects of the nonlinear water wave on offshore structures. A mathematical expression is presented to describe second order wave radiation conditions. Using integral principle, the analytical integral solutions are given to evaluate second order scattered wave loads on general vertical circular cylinders in the two-layer ocean, and the special recurrence formulas for infinite integrals over free and stratified surfaces are derived. 相似文献