高频雷达反演涌浪及其他近海物理过程的研究
近海海洋环境包含众多复杂过程，然而缺少足够的大面积高分辨率的实测数据往往是制约近海海洋研究开展的首要问题。高频雷达利用遥感方式可以准实时获取大面积连续的海表面信息，因而对高频雷达资料反演的研究具有重要意义。本文使用了为期13个月时长的两座相控阵高频雷达资料，分析了回波信号特征，探讨了数据处理和反演的方法，并给出了部分海表面参数的计算结果和精度分析。 本文关注的是地波高频雷达，其探测海面的基本原理是Bragg共振散射。文中回顾了高频雷达的发展历史及其应用，介绍了高频雷达电磁波工作的基本理论，全面阐述了使用雷达资料反演海表面流、风向和涌浪参数的原理和方法。并从理论上探讨了涌浪参数反演方法的可行性。 本文基于大量的实测数据样本，从理论分析和数据观察统计两方面出发，提出了一系列回波信号处理和质量控制的方法，包括噪声水平的确定、数据在空间和时间上的平滑、谱峰间距的大小，谱峰宽度的阈值等等。根据不同物理过程的特点，海流和风的反演使用的是每20 min的回波谱;涌浪参数的反演使用的是一小时平均的回波谱。文中统计了两座雷达站接收到的信号中达到涌浪参数计算标准的合格谱数目。在海洋参数的计算过程中，本文使用了一套计算资源占用较低而效率较高的自动化程序对雷达回波谱进行批量处理和计算。 文中通过测量单站回波谱中Bragg峰的多普勒频移获得海流的径向流速，通过双站流速矢量合成获得海表面流矢量场。计算了Iroise海区年平均海流场，及其涡度和散度。 文中通过回波谱中Bragg峰比值的变化反演风向。使用了不同的经验方法得到了相对风向计算结果，经检验与模式结果符合良好。使用了不同的方向分布模型测定了Iroise海区方向分布函数中的扩展因子。 本文重点关注了通过二阶回波谱进行涌浪参数的计算，并分别使用了浮标和海浪模式(WAVEWATCHⅢ)数据对雷达反演结果进行了检验。结果表明涌浪频率的计算结果精度非常高，涌浪有效波高的计算精度良好，而涌浪相对波向的计算精度较差。两座雷达站回波信号的一致性通过比较二者获取的观测结果得以确定。使用双站资料不仅被证明可以进一步提高反演精度，而且可以解决单站反演波向的方向模糊，得到具有一定精度的绝对波向。在涌浪有效波高的计算过程中，本文结合对雷达二阶截面积分方程的探讨及对相对波向计算结果的观察，首次提出了采用相对波向常数化的方法。由此不仅得到了与浮标数据和模式数据符合得更好的结果，而且有效数据样本显著增多，结果的不确定性大大减小。 本文对高频雷达观测涌浪的精度进行了深入分析，量化了雷达观测的随机误差，并通过不同手段之间的差异对比估计了雷达自身观测不确定性及其他因素的贡献。
近海海洋;高频雷达;涌浪频率;参数反演
中国海洋大学
博士
物理海洋学
管长龙
2015
中文
P716.2
130
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）