Восстановление мезомасштабной изменчивости аномалий высоты поверхности океана по данным спутниковой альтиметрии (1102389)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ,ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 551.465.47:629.783Романов Александр АлексеевичВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕЗОМАСШТАБНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИАНОМАЛИЙ ВЫСОТЫ ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА ПО ДАННЫМСПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИСпециальность 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква20042Работа выполнена на кафедре физики атмосферы физического факультетаМосковского государственного университета им.
М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессор В.Е. КУНИЦЫННаучный консультант:доктор технических наук, профессор А.А. РОМАНОВОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор В.В. ЖМУРдоктор физико-математических наук, профессор В.Б. ЛАПШИНВедущая организация:Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии «Планета»Защита диссертации состоится «22» апреля 2004 г.в 15 часов на заседании Диссертационного совета Д501.001.63при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 Москва, Ленинские горы,физический факультет, аудитория ЮФАС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ.Автореферат разослан «.....» ..................2004 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д501.001.63кандидат физ.-мат. наукВ.Б.
Смирнов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьВ последнее время все большую распространенность получаютдистанционные средства исследования состояния поверхности Земли и вчастностиповерхностиокеана.Спектрзадачпоизучениюокеаначрезвычайно широк, от исследований мезомасштабных процессов, доизучения динамики его глобального уровня. До недавнего времени длярешения подобных задач использовались контактные методы измеренияразличныхокеанологическиххарактеристикспомощьюнаучно–исследовательских судов, а также дрейфующих платформ.Появлениесущественноспутниковыхулучшитьокеанографическогосистемкачествомониторинга,изученияокеанаинформационногопосколькуметодыпозволилообеспечениядистанционногозондирования имеют преимущество перед традиционными контактнымиметодами.
В первую очередь из-за оперативности получения данных,охватывающих весь регион исследований практически в режиме «реальноговремени».Нанастоящиймоментметодыдистанционногозондированияповерхности океана, предназначенные для определения динамическиххарактеристик морской поверхности, можно разделить на три группы:оптические, инфракрасные и микроволновые. Последние, к которымотносится и спутниковая альтиметрия, имеют ряд серьезных преимуществперед оптическими и инфракрасными методами исследований, главное изкоторых – всепогодность. Для микроволновых исследований облачность непредставляет собой серьезной преграды, поэтому спутниковая альтиметрияможет применяться в любых погодных условиях.Главная характеристика динамики морской поверхности, измеряемаяпри помощи спутниковых альтиметров – аномалии высоты поверхности4океана, на основе которых можно рассчитать скорость и направлениетечений водных масс в геострофическом приближении.Данныеспутниковыхальтиметровпредставляютсобойнаборизмерений вдоль трека спутника с дискретностью примерно 7 км.
Расстояниемеждусоседнимиповременитрекамидлянаиболееточногоальтиметрического спутника TOPEX/POSEIDON составляет порядка 28°,причемминимальноевремяпокрытияисследуемогорегионаальтиметрическими данными составляет почти 10 суток. Таким образом, длятого, чтобы построить карту аномалий высот морской поверхности требуетсяпроводитьпроцедурупространственнойивременнойинтерполяцииальтиметрических данных.Пространственные размеры и время жизни мезомасштабных структурна средних широтах в океане находятся в пределах 50-100 км и 10-100 дней.Ксожалению,наданныймоментневозможновосстанавливатьмезомасштабные структуры с хорошей точностью, используя данные толькоодного спутникового альтиметра, независимо от используемого методаинтерполяции альтиметрических данных.
Подобная особенность обработкиинформации обусловлена тем, что при разработке альтиметрических миссийбылонеобходимоподспутниковымидостигнутьтрекамикомпромиссаспутниканапорасстояниюповерхностиимеждудлиннойизомаршрутного цикла. Например, для того чтобы разрешить структуру наповерхностииспользоватьокеанаразмером50-кмизомаршрутныйциклнасреднихширотах,альтиметрическогонужноспутникадлительностью около 2-х месяцев, что, несомненно, сильно усложнит задачуреконструкции исследуемой океанографической структуры по времени.Поскольку сигнал спутникового альтиметра проходит через атмосферуи отражается от мгновенного уровня морской поверхности, необходимоучитывать специализированные поправки к альтиметрическому сигналу:атмосферные и на состояние подстилающей поверхности.
Самой большой по5амплитуде значений для альтиметрических данных является поправка наприливы. Существует несколько стандартных моделей приливных поправок(CSR 3.0, FES 95.2, GOT 99), которые позволяют убирать приливнуюсоставляющую из альтиметрических данных. Однако глобальные поправкине всегда одинаково хорошо работают во всех районах мирового океана,особенно в прибрежной зоне и в динамически активных акваториях.Следовательно, поиск метода, обеспечивающего наименьшие ошибкиинтерполяции альтиметрических данных при реконструкции карт аномалийвысоты поверхности океана и потенциального расчета геострофическихтечений, а также разработка методики его использования весьма актуальны.Длятого,интерполяциичтобыипровестивсестороннегодетальнуюизучениянастройкувопросаоалгоритмаколичествеальтиметрических спутников, необходимых для уверенного разрешениямезомасштабныхструктурвокеане,требуетсямоделированиеработыпредлагаемойпровестиметодикиначисленное«псевдоальтиметрических» шаблонах данных спутников, спроектированных припомощи орбитальных моделей.
Поскольку приливные поправки существенновлияют на достоверность данных, получаемых спутниковыми альтиметрами,требуется также оценить качество работы стандартных приливных моделей ввыбранном регионе исследований и, при необходимости, предложить болееэффективныйспособустраненияприливнойсоставляющейизальтиметрических измерений.Цель работыЦелью данного исследования является разработка и создание методикирасчета карт аномалий высоты морской поверхности методом интерполяцииспутниковых альтиметрических данных сплайнами типа «тонкой пластины».6Задачи исследования1.
Определение оптимальных параметров методики восстановлениямезомасштабной изменчивости океана с минимально возможнымиошибками;2. Проведение численного моделирования по реконструкции различныхзаданных поверхностей методом интерполяции сплайнами типа«тонкой пластины»;3. Определение разрешающей способности метода сплайн-интерполяциипо восстановлению структур на поверхности океана;4. Обоснование необходимого минимума альтиметрических спутников,данныекоторыхнеобходимоиспользоватьдляувереннойреконструкции мезомасштабных структур на поверхности океана;5. Разработкаметодаустраненияприливнойкомпонентыизальтиметрических данных;6. Проведениепроверкидостоверностикартаномалийвысотыповерхности океана по картам аномалий, реконструированных методом«объективного анализа», а так же картам концентрации хлорофилла«а» и температуры поверхности океана.7.
Реконструкциякартгеострофическихтеченийпоспутниковымальтиметрическим данным;8. Оценкавозможностидистанционногостатистикикомплексногозондированияприокеанапрактическомиспользованияиданныхданныхпромысловойиспользованиирезультатовдиссертационной работы.Научная новизна1. Впервыепроанализированавозможностьпримененияметодаинтерполяции альтиметрических данных сплайнами типа “тонкой7пластины” для реконструкции карт аномалии высоты морскойповерхности;2. Разработана методика восстановления карт аномалий высоты морскойповерхностиметодоминтерполяциисплайнамитипа«тонкойпластины» по данным спутниковой альтиметрии;3.
Впервыепроведенчисленныйэкспериментповосстановлениюразличных поверхностей методом интерполяции сплайнами типа«тонкой пластины» по данным «псевдо» альтиметрических шаблоновданных различных спутниковых систем;4. Разработан метод прямого устранения приливной компоненты изспутниковых альтиметрических данных.Практическая ценность работыПрактическая ценность работы состоит в создании предложеннойметодики восстановления карт аномалий высоты морской поверхностисплайнамитипа«тонкойпластины».Даннаяметодикапозволяетреконструировать мезомасштабные структуры в океане с приемлемойточностью и небольшими ресурсными вычислительными затратами, а такжеполучать карты геострофических течений.
Подобные карты позволяютнепосредственно решать различные океанографические, океанологические,климатологические и другие задачи. Разработанная методика внедрена вАтлантическом научно-исследовательском институте рыбного хозяйства иокеанографии (АтлантНИРО) и Сахалинском научно-исследовательскоминститутерыбногохозяйстваиокеанографии(СахНИРО),чтоподтверждается актами о внедрении.Апробация работы и публикацииОсновные положения диссертационной работы докладывались иобсуждались на XLIV ежегодной научной конференции в Московскомфизико-техническом институте, на XI Всероссийской и XII международной8конференциях по промысловой океанологии, на XII Всероссийской школеконференции по дифракции и распространению радиоволн, Тихоокеанскойконференции по дистанционному зондированию (Pacific Ocean RemoteSensing Conference) Гоа (Индия 2000), на четвёртом международномсовещании по цвету океана (4 International Workshop on Ocean Color, Berlin,2001), на XXVII Генеральной ассамблее Европейского геофизическогосообщества Ницца (Франция 2002) и 19-ом международном симпозиуме поОхотскому морю и ледяному покрову (The 19th international symposium onOkhotsk sea & sea ice) (Япония 2004), а так же были представлены намеждународных симпозиумах по наукам о Земле и дистанционномузондированию (International Geoscience and Remote Sensing Symposium) вСиднее (Австралия 2001) и Торонто (Канада 2002).
По теме диссертацииопубликовано 13 работ в отечественных и зарубежных изданиях.Положения, выносимые на защиту1. Методика реконструкции карт аномалии высоты морской поверхности поданным спутниковой альтиметрии методом интерполяции сплайнами типа«тонкой пластины»;2. Результаты анализа применения метода сплайнов типа «тонкой пластины»для восстановления карт аномалий морской поверхности по даннымспутниковой альтиметрии;3. Методпрямогоустраненияприливнойсоставляющейизданныхальтиметрического зондирования;4. Результаты проверки достоверности карт аномалий высоты морскойповерхности, реконструированных методом «Dm-сплайн» интерполяциипо картам аномалий высоты морской поверхности, полученных методом«объективного анализа», а так же по картам температуры поверхностиокеана и концентрации хлорофилла «а».9Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 125страниц машинописного текста и 31 рисунков.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении сформулированы основные цели и задачи диссертации,представлена актуальность данных исследований и научная новизна,перечислены защищаемые положения и кратко изложено содержание всехглав диссертации.В первой главе рассматриваются основные проблемы восстановлениямезомасштабной изменчивости поверхности океана по данным спутниковойальтиметрииипредставленобзорлитературы,которыйпосвященприменению метода Dm-сплайн интерполяции в различных областях науки.Рассмотрены различные аспекты восстановления мезомасштабнойизменчивостианомалийвысотыморскойповерхностиподаннымспутниковой альтиметрии. Проведенный обзор литературы обозначилосновныенаправленияисследованийприпроведениичисленногомоделирования.Приведен обзор литературы по применению метода интерполяциисплайнами типа «тонкой пластины» (СТП) или «Dm-сплайнами» для решенияразличного круга задач.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
