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光学遥感影像中耀斑区内孤立波信息提取模型

作　者: 康健
导　师: 倪岳峰；张杰
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境科学
关键词: 光学遥感耀斑区内孤立波南海北部
分类号: P237
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

海洋内波在边缘海和陆架区域是几乎处处可见的海洋现象。内波在密度跃层附近生成并传播,伴随着等密度面较大的起伏和较强的流速切变,威胁着水下潜艇的航行安全,对海上石油平台的作业也有较大影响。内波还造成声场的起伏,降低了声呐的使用效能。内波的传播可以导致湍流和混合,是海洋能量输送的一种途径,并影响局部海域的水交换、沉积和再悬浮。因此对于内波的研究既有现实应用需求也有重大的科学意义。由于内波生成、传播在水下,常规的海洋观测手段观测成本高,且受到环境条件的制约而数据获取困难。遥感是目前唯一有效的大范围的内波观测手段。目前SAR经常用于内波的研究,但是SAR也存在着卫星重访周期长、数据费用高、图像噪声较大等的不足。光学遥感虽然容易受到云的影响,但是以MODIS为代表的中分辨率光学遥感器,其图像覆盖范围大、时间分辨率高、数据公开免费等优势可以弥补其不足成为内波研究的重要数据源。本文的目的是研究内波在光学图像中的特征,建立从光学图像提取内波特征参数的模型,然后在南海海域开展示范应用研究。由于内波SAR遥感研究已开展较为深入,本文主要借鉴内波SAR探测的成功经验开展内波光学遥感研究。本文首先研究了内波光学图像的特征,由于内波在光学图像与在SAR成像具有一定的相似性,通过与SAR影像的对比分析,给出了内波在光学图像耀斑区具有与SAR相似的表面特征,只是亮暗顺序与SAR相反,但同样与内波的极性有关。其次,本文针对内波光学图像解译遇到的问题发展了两种均衡化处理方法,有助于整幅图像内波特征的增强显示,便于内波信息的提取;而且应用了二维EMD方法成功实现了内波与海浪的信息分离,为利用较高分辨率光学图像提取内波信息做好了数据准备。然后,在本文的核心部分,即内波光学遥感探测模型的建立上,首先引入了强非线性的KdV3N模型,并给出了数值算法,较为准确的模拟了南海北部真实情况下的大振幅内波,特别是波形与实测更为一致;进一步建立了太阳耀斑区内波光学成像的仿真模型,仿真的结果与真实图像特征吻合;在此基础上,探讨建立了利用光学图像内波条纹亮暗间距进行内波振幅估计的经验模型,在东沙环礁附近的小区域进行了试用,结果比较满意。最后,本文基于大量的MODIS数据进行了南海北部内波特征的统计研究,给出了南海北部内波传播速度的空间分布、内波的时空分布特征等结果,充分发挥了光学数据用于内波研究的优势,加深了对南海北部内波的认识。通过以上工作,本文实现了将光学遥感图像太阳耀斑区信息在内波研究中的应用,初步建立了光学遥感在海洋内波研究的应用途径。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
0 前言  11-13
1 内波遥感研究进展  13-25
  1.1 内波介绍  13-18
    1.1.1 内波的定义  13-14
    1.1.2 内波的特征  14-15
    1.1.3 内波研究的意义  15-16
    1.1.4 内波的研究手段  16-18
  1.2 内波遥感原理  18-19
    1.2.1 内波SAR 遥感原理  18
    1.2.2 内波光学遥感原理  18-19
  1.3 内波遥感国内外进展  19-25
    1.3.1 SAR 遥感在内波研究中的应用  19-21
    1.3.2 光学遥感在内波研究中的应用  21-25
2 内波光学遥感图像特征分析  25-43
  2.1 使用的数据  25-26
  2.2 内波光学图像与SAR 图像共有特征  26-32
  2.3 内波光学图像特有特征及成因分析  32-41
    2.3.1 光学图像中内波条纹的亮暗顺序  32-36
    2.3.2 内波对光学图像的调制强度  36-41
  2.4 小结  41-43
3 内波光学遥感图像处理  43-59
  3.1 光学图像均衡化处理  43-54
    3.1.1 光学图像非均衡的特征  43-44
    3.1.2 基于多项式拟合的处理方法  44-48
    3.1.3 基于一维网函数插值的方法  48-54
  3.2 光学图像中内波信息分离  54-56
    3.2.1 二维EMD 方法  54-55
    3.2.2 处理结果及分析  55-56
  3.3 小结  56-59
4 内波光学遥感探测模型  59-91
  4.1 强非线性一维内孤立波模拟  59-78
    4.1.1 KdV3N 模型的引入  60-64
    4.1.2 KdV3N 模型的数值解法  64-66
    4.1.3 KdV3N 模型模拟结果  66-78
  4.2 内波光学遥感仿真模型  78-84
    4.2.1 内波光学遥感仿真模型  78-81
    4.2.2 仿真结果的分析  81-84
  4.3 内波参数的光学遥感探测算法  84-89
    4.3.1 基于仿真结果的波长与振幅关系分析  84-86
    4.3.2 方法应用及检验  86-89
  4.4 小结  89-91
5 光学遥感图像在南海北部内波研究中的应用  91-111
  5.1 南海北部内波的传播速度研究  91-97
    5.1.1 本文所使用的准同步数据  92-94
    5.1.2 数据处理  94-95
    5.1.3 结果及分析  95-97
  5.2 南海北部内波的空间分布  97-104
    5.2.1 使用数据  97
    5.2.2 处理方法  97
    5.2.3 结果分析  97-104
  5.3 南海北部内波的发生频率  104-108
    5.3.1 使用数据  104
    5.3.2 处理方法  104-105
    5.3.3 结果分析  105-108
  5.4 小结  108-111
6 结论与进一步工作  111-113
  6.1 本文的结论  111-112
  6.2 进一步的工作  112-113
参考文献  113-118
致谢  118-119
个人简历  119
发表的学术论文  119

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