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内波是海洋中常见的自然波动现象之一。内波生成和传播特性的现场测量研究十分困难,利用合成孔径雷达(SAR)遥感研究海洋内波成为近年来海洋遥感中的一个热点。本文在SAR海洋内波遥感基本理论的基础上,主要围绕三个问题:SAR图像内波参数反演、环境和雷达参数对内波成像影响、SAR海洋内波数值仿真开展研究。
在详细分析两层KdV方法的基础上,本文将EMD分解引入到参数化浮力频率法中,提高了内波振幅和波长反演的适用性和精确度。针对序列SAR图像,提出了基于仿真修正的内波参数反演方法,该方法克服了现有方法依赖于历史水文数据精度和SAR成像条件的限制,实验表明反演结果与实测值十分接近,验证了方法的有效性。
本文系统全面地探讨了各种海洋环境因素(包括风场、密度跃层深度、密度跃层强度等)和雷达成像参数(频率、极化、入射角、雷达视向与内波传播方向夹角等)对SAR内波成像影响。重点分析了不同的雷达成像条件下风场对上升型和下降型内波成像的影响,对比了较强风场存在的情况下,各波段SAR内波成像所受的影响。同时首次在二维成像的基础上,探讨了风向与雷达视向夹角对各波段SAR内波成像的影响。通过与一维仿真的对比,修正和补充了现有研究关于雷达视向与内波传播方向的夹角和风场对各波段SAR内波成像影响的结论。
利用KP方程数值仿真了直布罗陀海峡的潮致内孤立波,仿真图像与实际图像有很强的相似性。推导和修正了Lynett和Liu的二维内孤立波传播模型,并利用其数值仿真了内波经过东沙岛的全过程,结果清晰的再现了内波在传播过程中地形变化引起的分裂、绕射等现象。首次数值模拟了内孤立波的极性转变全过程并详细分析了内波极性转变全过程在SAR图像上的表象,验证了极性转变时雷达图像上的内波信号会突然大幅减弱或消失的现象。