TOPEX高度计数据反演北太平洋海浪周期
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第３卷 １
第 ３期
海
洋
通
报
Ｖｏ ．３ 源自文库 Ｎｏ １ １ ．３
２１ ０ ２年 ６月
Ｍ Ａ ＮＥ Ｓ Ｉ ＮＣ Ｂ Ｌ Ｔ Ｎ 砒 Ｃ Ｅ Ｅ ＵＬ Ｅ Ｉ
Ｊｎ ０ ２ ｕ ．２ １
Ｔ Ｐ Ｘ高度计数据反演北太平洋海浪周期 ＯＥ
李静 凯，周 良明，李水清
（ 中国海洋大学海洋环境学院 ，山东 青 岛 ２ ６ ０ ） ６１０ 摘 要 ：利用 Ｔ Ｐ Ｘ高度计和 Ｎ Ｂ ＯＥ Ｄ Ｃ浮标同步观测数据 ，对 ７ 种高度计海浪周期反演模型进行 了系统的 比较分析 ，从 反演
节性变化 特征。
关键词 ：高度计 ； 海浪 ；波高 ；周期；反演模型 ；北太平洋海 浪平均周期分布
中图分类号 ：Ｐ ３ ．２ ７ １２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ９ ２ ２ １ ）３ ０ ６ — ０ ０ １６ ３ （０ ２ ０ — ２ ８ １
Ｒｅ ｒｅ ｉ ｖ ｒｏ ｏ ｈｅ Ｎｏ ｔ Ｐａ ｉ ｃｗｉｈ ＴＯＰＥＸ ｌｉ ｅ ｅ ｔ ｉｖ ｎｇ ｗａ ｅｐｅ ｉ ｄ ｆｔ ｒｈ ｃｆ ｔ ｉ ａｔｍ ｔ ｒ
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作者 简介 ：李静凯 （ ９ ７ ，男 ，硕士研究生 ，主要从事海浪与小尺度海气相 互作用研究 。电子邮箱 ：ｌ １０ ＠ｓ ａｃｍ。 １８ 一） ｊ ５ ｉ ． ｋ１ ｎ ｏ
３ 期
李静凯 等 ：Ｔ Ｐ Ｘ高度计数据反演北太平洋海浪周期 ＯＥ
限于输入数据的精度和数学物理模型本身 的构建 。 合成 孔径 雷达数 据是 一种 有效 的反演 波浪周 期 的资
（９ ８ ｈｎ ｕｉｇｔｅｅ ｍ ｄｌ ｔ ｒｔｅｅｚｒ ｕ －ＩＳ ａｅｐ ｒ ｄ Ｉ ｅｅａ， ｅａｃｒｃ ｆＭ ８ ａ ｏｉ ｍ ｏ １９ ）ｗ ｅ ｓ ｈｓ ｏｅｓ ｏ ｅ ｖ ｅｏ ｐ Ｃ Ｓｗ ｖ ｅ ｏ． ｎ ｇｎ ｒｌ ｈ ｃｕａｙｏ ０ ｇｒ ｆ ｎ ｒ ｉ Ｄ ｉ ｔ ｌ ｔ ｈ
含量实现对高度计测量的大气校正。Ｔ ／ Ｐ卫星能够 在南北纬不超过 ６ 度 的区域内运行 ，距离海面高 ６ 度 约 １３６ｋ ３ ｍ， 以沿 卫 星 轨道 运 行 方 向大 约 ７ｋ ｍ
的分 辨 率 提供 海 上 风速 和 波 浪 等 信 息 ，在 赤 道 处 ＴＰ ／ 高度计可覆盖的海面轨道宽度为 ３６ ｍ，轨道 １ ｋ
Ｌ ｉｇ ｋ ｉ ＨＯＵ Ｌ ａ ｇ ｍｉ ｇ ＩＳ ｕ－ ｉｇ ＩＪｎ － ａ ，Ｚ ｉｎ － ｎ ，Ｌ ｈ ｉ ｑｎ
（ ｏ ｅｅｏ ｈｓ ａ ａｄＥ ｖ ｏｍｅｔｌ ｃａｏｒｐ ｙ ｃａ ｉｅｓ ｙ ｆ ｈｎ ，Ｑｎ ｄｏ２ ６ ０ ，Ｃ ｉａ Ｃ Ｕ ｇ ｆ ｙｉ ｌ ｎ ｎ ｉ ｎ ｎａ Ｏ ｅｎｇａｈ ，Ｏ ｅｎＵｎ ｒｔ ｉａ ｉｇ ａ ６ １０ ｈｎ ） Ｐ ｃ ｒ ｖ ｉ ｏＣ
价值 。 １ 本 文 的主要 内容 ． ２
Ｃ ｉ ｓ ｔ ｌ ０５ 开 始把 更 多 的精力 放 到 星载 高 ａ ｅ ，２０） ｒ ｅａ 度计 反演 海浪周 期 上 。浮标 测量 、高 度计 资料 和模 型所 得 的海浪周 期 的对 比发现 ，卫星 高度计 所得 结 果 要 优 于海 浪模 型 。Ｃ ｉ ｓ 分 别 对 Ｎ Ｂ （ ａ ａｒ 等 ｅ Ｄ Ｃ Ｎ— ｔ ｎｌ ａ ｕｙ ｅｔｒ 浮标数 据 和 Ｔ Ｐ Ｘ高度 计 ｉ ａＤ ｔＢ ｏ ｎｅ） ｏ ａ Ｃ ＯＥ 数 据 用 Ｇ ３模 式 和 Ｅ ＭＷＦＥ Ａ一 ０海 浪 再 分 析 ０ Ｃ Ｒ ４
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模式 的精度 、反演周期整 体分 布 、周期 一 高的联合分 布等方面对 反演模 型做 出了评价 ，并 根据 墨西哥湾和 夏威夷海 域反 波 演结 果对模 型的区域适应性 进行 了验证 ，结合 Ｈ ｓ ｌａ ｎ ａ ｅ ｎ 风浪 充分成长 关系分 析了不 同海浪成 分下模 型 的反 演效果 。分 ｓｍ 析发 现 ，Ｍ ｃ ａ 等于 ２ ０ 年提 出的算法 （ ａｋｙ ０８ 简称 Ｍ ８ ０ ）相对 于其他算法 精度最高 ，且 在不 同海 域和不 同海 浪成分下 精度没 有 明显差异 。利用 Ｍ ８ ０ 算法反 演 了北太平 洋海域的海 浪平 均周期 分布 ，讨论 其空间分 布特征 和季节变 化特征 如下 ：北太 平洋海域 的平均周期在墨西哥湾 、西里 伯斯海等沿岸地 区较小 ，在西风带海域 为较大 ，并存在 明显的地形 、纬度差 异和季
料 源 ，但其 在 时间上 和空 间上 还都 比较 稀疏 （Ｒ ＥＳ 获 取 的 Ｓ Ｒ 图像 的 轨 道 空 间 间 隔 达 到 ２０ｋ ） Ａ ０ ｍ 。
参 考之用 。另 外 ＴＰ还携 带有 美 国宇航 局 的三频 率 ／ （８ ｌ ７Ｇ ｚ 微 波 辐 射 计 Ｔ １ 、２ 、３ Ｈ ） ＭＲ （ｏｅ — ＴｐｘＭｉ ｃｏ ａｅ ａｉｍ ｔｒ ，可 以通过 探 测 大气 中 的水 汽 ｒｗ ｖ ｄｏ ｅｅ） Ｒ
ｔ ｅ ａ ｃ ｒｃ ｆｓ ｖ ｎ ｍｏ ｅ ｓｏ ｖ ｅ ｏ ｅｒｅ ａ ｙ ａｔｍｅｅ ｐ ｔ ｈ ｒｓ ｎ ｎ ｔｃ ｍｐ ｒ ｓ ｔ ｅ ｅ ｍｏ ｅｓ ｗ ｔ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｅ ｅ ｄ ｌ ｆｗａ ｅ ｐ ｒ ｄ ｒ ｔ ｖ ｌｂ ｌ ｉ ｉ ｉ ｔｒ ｕ ｏ ｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔａ ｄ ｉ ｏ ａｅ ｈ ｓ ｄ ｌ ｉ ｈ ｅ ｃ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｒｏ ｉｔ ｂ ｔ ｎ， ｅ ｏ — ｉｎ ｆ ａ ｔｗａ ｅ ｈ ｉｈ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ａ ｄ ｏ ｈ ｒａ ｐ ｃｓ ａ ｈ ｏ ｈ ｒｉ ｈ ｅｉ ｄ ｄ ｓ ｕ ｉ ｐ ｒ ｄ ｓ ｉ ｃ ｎ ｖ ｅｇ ｔｄ ｓｒ ｕ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｅ ｔ．Ａｎ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｓ ｉ ｒ ｏ ｉ ｇ ｉ ｉ ｏ ｄ ｔ ｉ ａ ｅ ｌｏ ｔ ｋ ｓ ｔ ｅ ｅｆ ｃ ｆｓ ｅｌ ｉｔ ｏ ｓｄ ｒｔ ｎ ｂ ｏ ａｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｉｎ ｂ ｔ ｅ ｎ Ｇ ｌ ｏ ｘｃ ｎ ｗｍｉ ｓ ａ ａ ｅ ， ａ ｅ ｈ ｆ ｔ ｏ ｗ ｌ ｎ ｏ ｃ ｎ ｉｅ ａ ｉ ｙ ｃ ｍｐ ｒｎ ｒ ｃ ｓ ｅ ｗ ｅ ｕ ｆ ｆ Ｍｅ ｉｏ ａ ｄ Ｈａ ｅ ｏ ｈ ｏ ｅ ｒａ ｂ ｔ ｅ ｈ ｐ ｅ ａ ｔａ ｄ ｕ ｄ ｒｐ ｒ ｏ ｈ ｎ ｗａ ｅ ｒ ｌ ｔ ｎ ｏ ｕ ｌ ｅ ｅ ｏ ｅ ｅ ｉｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｙ Ｈａ ｓ ｌ ｎ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｕ ｐ ｒ ｐ ｒ ｎ ｎ ｅ ａ ｆｔ ｅ ｗｉｄ－ ｖ ｅ ａｉ ｆｆ ｌ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｓ ａ ｌ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂ ｓ ｅｍａ ｎ ｔ ｏ ｙ ｎ
同时合成孔径雷达的频谱范围仅能捕获海洋浪场中 的长 波部 分 。波 长小 于 １０～２０ｍ （ 于 深 水 线 ５ ０ 对
性 波 来说 频 率 约在 ０１Ｈ ． ｚ附 近） 的波 浪 在 相 对 于 卫 星 轨道 平 行传 播 时不 能在 Ｓ Ｒ 图像 上 直接 反 映 Ａ
（ ａｋｙ ｔ ｌ ０ ８ ，因此采用合成孔径雷达资 Ｍ ｃａ ，２０ ） ｅａ 料 反演海 浪周期 也受 到很 多 限制 。 为 了获得更 多 大范 围 、准确 的海 浪数 据 ，一 些
期数据资源 ， 但都有其 自身的局限陛。数值海浪模
型像 ＷＡ Ｍ和 ｗａｅ ｔ Ｉ ｖ ｃ Ｉ 提供的方 向频谱虽然 ｗａ ｈ Ｉ 在空间和时间上都有着较高的分辨率 ， 但这依然受
海浪周期数据可以通过传统测量方式获得 ，例 如船载仪器测量和海洋浮标等等 。与船舶测量相
收稿 Ｅ期 ： ２ １— ９ １ ；修订 日期 ： ０ ０ １ — ２ ｔ ００ ０—８ ２ １— ２ ０
１ 引言
１１ 卫 星 高 度计 资 料 反演 海 浪 周 期 的研 究 背 景 和 ．
现状
比 ，浮标 测量虽 然 可 以提 供相对 长 时 间、准确 的海 浪数据 ，但是却受限于其空间分布。因而利用传统 测量方 式 很难获 取 大范 围 、长 时间海 浪数 据 。海 浪 数值模 型和卫 星遥感 数据 可 以提供全 球性 的海 浪周
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｓ ｓａ ｃ ｌ ｃ ｔｄ ｄ ｔ ｅ ｆｔ ｅ Ｔ Ｅ ａ ｔ ｔｒａ ｄ ｂ ｏ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓｐ ｐ ｒｕ ｅ ｏ ｌ ａ ｅ ａ ａ ｓ ｔｏ ＯＰ Ｘ ｌ ｍｅｅ ｎ ｕ ｙ ｏ ｈ ｉ ｔ ｏ ＮＤＢ ｏ ａ ａｙ ｅ ｓｆ ｍ ｒ Ｃ ｔ ｎ ｌｚ
学 者 （ａｋ ｒ ｔ ｌ １９ ； Ｈ ａ ｇｅ ａ ， １９ ； Ｓ ｒａ ， ９ ８ ｅａ ｗ ｎ ｔ ｌ ９ ８
宽度随纬度的升高而变窄 ，重复周期为 ９ １ ｄ ． ５６ 。 ９ 目前 ，Ｔ ／ Ｐ提供的有关海面高度 、海上风速和有效 波高的资料得 到了最为广泛 的应用 ，在物理海洋 学 、海洋 工程 和全球 气候 变化 等研究 方 面具有 重要
第 ３期
海
洋
通
报
Ｖｏ ．３ 源自文库 Ｎｏ １ １ ．３
２１ ０ ２年 ６月
Ｍ Ａ ＮＥ Ｓ Ｉ ＮＣ Ｂ Ｌ Ｔ Ｎ 砒 Ｃ Ｅ Ｅ ＵＬ Ｅ Ｉ
Ｊｎ ０ ２ ｕ ．２ １
Ｔ Ｐ Ｘ高度计数据反演北太平洋海浪周期 ＯＥ
李静 凯，周 良明，李水清
（ 中国海洋大学海洋环境学院 ，山东 青 岛 ２ ６ ０ ） ６１０ 摘 要 ：利用 Ｔ Ｐ Ｘ高度计和 Ｎ Ｂ ＯＥ Ｄ Ｃ浮标同步观测数据 ，对 ７ 种高度计海浪周期反演模型进行 了系统的 比较分析 ，从 反演
节性变化 特征。
关键词 ：高度计 ； 海浪 ；波高 ；周期；反演模型 ；北太平洋海 浪平均周期分布
中图分类号 ：Ｐ ３ ．２ ７ １２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ９ ２ ２ １ ）３ ０ ６ — ０ ０ １６ ３ （０ ２ ０ — ２ ８ １
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３ 期
李静凯 等 ：Ｔ Ｐ Ｘ高度计数据反演北太平洋海浪周期 ＯＥ
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价值 。 １ 本 文 的主要 内容 ． ２
Ｃ ｉ ｓ ｔ ｌ ０５ 开 始把 更 多 的精力 放 到 星载 高 ａ ｅ ，２０） ｒ ｅａ 度计 反演 海浪周 期 上 。浮标 测量 、高 度计 资料 和模 型所 得 的海浪周 期 的对 比发现 ，卫星 高度计 所得 结 果 要 优 于海 浪模 型 。Ｃ ｉ ｓ 分 别 对 Ｎ Ｂ （ ａ ａｒ 等 ｅ Ｄ Ｃ Ｎ— ｔ ｎｌ ａ ｕｙ ｅｔｒ 浮标数 据 和 Ｔ Ｐ Ｘ高度 计 ｉ ａＤ ｔＢ ｏ ｎｅ） ｏ ａ Ｃ ＯＥ 数 据 用 Ｇ ３模 式 和 Ｅ ＭＷＦＥ Ａ一 ０海 浪 再 分 析 ０ Ｃ Ｒ ４
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模式 的精度 、反演周期整 体分 布 、周期 一 高的联合分 布等方面对 反演模 型做 出了评价 ，并 根据 墨西哥湾和 夏威夷海 域反 波 演结 果对模 型的区域适应性 进行 了验证 ，结合 Ｈ ｓ ｌａ ｎ ａ ｅ ｎ 风浪 充分成长 关系分 析了不 同海浪成 分下模 型 的反 演效果 。分 ｓｍ 析发 现 ，Ｍ ｃ ａ 等于 ２ ０ 年提 出的算法 （ ａｋｙ ０８ 简称 Ｍ ８ ０ ）相对 于其他算法 精度最高 ，且 在不 同海 域和不 同海 浪成分下 精度没 有 明显差异 。利用 Ｍ ８ ０ 算法反 演 了北太平 洋海域的海 浪平 均周期 分布 ，讨论 其空间分 布特征 和季节变 化特征 如下 ：北太 平洋海域 的平均周期在墨西哥湾 、西里 伯斯海等沿岸地 区较小 ，在西风带海域 为较大 ，并存在 明显的地形 、纬度差 异和季
料 源 ，但其 在 时间上 和空 间上 还都 比较 稀疏 （Ｒ ＥＳ 获 取 的 Ｓ Ｒ 图像 的 轨 道 空 间 间 隔 达 到 ２０ｋ ） Ａ ０ ｍ 。
参 考之用 。另 外 ＴＰ还携 带有 美 国宇航 局 的三频 率 ／ （８ ｌ ７Ｇ ｚ 微 波 辐 射 计 Ｔ １ 、２ 、３ Ｈ ） ＭＲ （ｏｅ — ＴｐｘＭｉ ｃｏ ａｅ ａｉｍ ｔｒ ，可 以通过 探 测 大气 中 的水 汽 ｒｗ ｖ ｄｏ ｅｅ） Ｒ
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同时合成孔径雷达的频谱范围仅能捕获海洋浪场中 的长 波部 分 。波 长小 于 １０～２０ｍ （ 于 深 水 线 ５ ０ 对
性 波 来说 频 率 约在 ０１Ｈ ． ｚ附 近） 的波 浪 在 相 对 于 卫 星 轨道 平 行传 播 时不 能在 Ｓ Ｒ 图像 上 直接 反 映 Ａ
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型像 ＷＡ Ｍ和 ｗａｅ ｔ Ｉ ｖ ｃ Ｉ 提供的方 向频谱虽然 ｗａ ｈ Ｉ 在空间和时间上都有着较高的分辨率 ， 但这依然受
海浪周期数据可以通过传统测量方式获得 ，例 如船载仪器测量和海洋浮标等等 。与船舶测量相
收稿 Ｅ期 ： ２ １— ９ １ ；修订 日期 ： ０ ０ １ — ２ ｔ ００ ０—８ ２ １— ２ ０
１ 引言
１１ 卫 星 高 度计 资 料 反演 海 浪 周 期 的研 究 背 景 和 ．
现状
比 ，浮标 测量虽 然 可 以提 供相对 长 时 间、准确 的海 浪数据 ，但是却受限于其空间分布。因而利用传统 测量方 式 很难获 取 大范 围 、长 时间海 浪数 据 。海 浪 数值模 型和卫 星遥感 数据 可 以提供全 球性 的海 浪周
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｓ ｓａ ｃ ｌ ｃ ｔｄ ｄ ｔ ｅ ｆｔ ｅ Ｔ Ｅ ａ ｔ ｔｒａ ｄ ｂ ｏ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓｐ ｐ ｒｕ ｅ ｏ ｌ ａ ｅ ａ ａ ｓ ｔｏ ＯＰ Ｘ ｌ ｍｅｅ ｎ ｕ ｙ ｏ ｈ ｉ ｔ ｏ ＮＤＢ ｏ ａ ａｙ ｅ ｓｆ ｍ ｒ Ｃ ｔ ｎ ｌｚ
学 者 （ａｋ ｒ ｔ ｌ １９ ； Ｈ ａ ｇｅ ａ ， １９ ； Ｓ ｒａ ， ９ ８ ｅａ ｗ ｎ ｔ ｌ ９ ８
宽度随纬度的升高而变窄 ，重复周期为 ９ １ ｄ ． ５６ 。 ９ 目前 ，Ｔ ／ Ｐ提供的有关海面高度 、海上风速和有效 波高的资料得 到了最为广泛 的应用 ，在物理海洋 学 、海洋 工程 和全球 气候 变化 等研究 方 面具有 重要