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颗粒后向散射系数是水体最重要的固有光学参量之一,也是海洋水色卫星遥感的核心参数。现场准确测量水体颗粒后向散射数据,对于水色遥感模型构建以及水色遥感产品真实性检验至关重要。本文针对常用的3种水体颗粒后向散射系数原位测量仪(HydroScat6,VSF3和BB9),通过比测实验,对三者测量结果的一致性进行了比较分析。结果表明,在清洁水体中3种仪器对颗粒后向散射系数测量具有较好的一致性;但在浑浊水体中,HydroScat6和BB9测量值会比VSF3高,三者偏差显著增大。同时,数值模拟和实验结果均表明,颗粒形状会对测量结果产生影响,3种仪器对球形颗粒的后向散射系数测量结果的一致性显著好于野外颗粒结果。

海洋叶绿素a质量浓度遥感产品是海洋初级生产力与海洋生态系统固碳能力研究的重要数据源,为了保证数据的可靠性,对遥感产品进行精度验证以及验证误差的成因分析尤为重要。遥感产品的验证过程中,由于空间变异的存在,使得遥感像元尺度内的实测数据具有不同的离散程度和统计分布特征,并由此产生了不同的误差统计结果。本文选择MODIS-Aqua、MODIS-Terra、MERIS、SeaWiFS等卫星传感器叶绿素a质量浓度遥感产品为研究对象,统计分析了数据产品的空间变异与验证精度的关系。结果表明:空间变异是造成验证误差的直接原因之一,平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error:MAPE)与空间变异系数(Coefficient of Variation: CV)呈幂指数模型关系;当CV＜0.05时,MAPE随CV的增加明显;当CV＞0.15时,MAPE的变化趋于平缓。不同卫星传感器叶绿素a质量浓度产品验证结果表明,SeaWiFS精度最高,MERIS次之,MODIS-Terra精度最低。

利用遥感技术快速提取海岸线是一种重要的技术手段,针对传统分水岭算法在高分辨率多光谱卫星数据处理中存在的过分割和抗干扰能力差的问题,本文提出了一种基于扩展极值变换标记分水岭的算法。首先通过形态学重建、扩展极值变换等方法建立前景和背景标记,初步抑制灰度极小值和极大值区域,然后依据这两类标记对梯度图像进行修正,进而进行分水岭变换,提取岛屿水边线。以南海典型海岛为研究区域,利用2017年GF-2卫星数据对本文提出的方法进行验证和精度评价,研究结果表明:改进的分水岭算法对GF-2数据的人工岸线提取质量在1个像素(4 m)之内高于90%,沙质岸线提取质量在1.5个像素(6 m)之内高于90%,可以用于高分辨率多光谱影像的分割和海岛水边线的提取。

水下滑翔机是开展海洋无人移动观测的重要平台,其实际航行轨迹往往与预设路径存在较大差异,多台水下滑翔机协同观测时,难以始终保持预设的组网阵列。本研究提出一种基于牛顿力学积分的水下滑翔机群协同控制算法,根据水下滑翔机群出、入水的异步性调节水下滑翔机入水前的运动参数。基于对水下滑翔机受力分析,利用牛顿力学积分还原水下滑翔机在海洋中的运动状态,进而运用水下滑翔机群的协同控制算法同时约束多台水下滑翔机的运动,并开展仿真实验。实验结果证明该算法能够使多台水下滑翔机较好地保持预设组网阵列,从而可对目标海域进行协同观测。

针对移动式海洋地震仪对控制系统电路设计的可靠性和低功耗的需求,提出了一种基于Cortex-M4内核芯片的硬件电路设计方案。首先选用超低功耗的STM32L4芯片作为微控制单元,在保证高运行能力的同时降低自身功耗;其次针对MCU(Microprogrammed Control Unit)、传感器等超低功耗模块提出针对性的两级降压方案,从而大大提高电路的电能转换效率;对于浮力调节模块、通信模块等高功耗模块,选用合适的降压芯片保证电路安全和提高转换效率;最后针对外部设备的周围电路进行滤波和保护处理。通过试验分别验证了不同模块的可靠性,证明该硬件电路可以支撑地震仪完成完整的观测任务,电路设计可靠性高。

本文收集了1913年以来的历史地形图、海图和遥感影像,利用地理信息技术和空间分析技术,获取10期三门湾海岸线数据,进而对三门湾近百年来海岸线时空演变特征进行分析。结果表明:(1)海岸线变化主要发生在内海湾,以港汊围堵、连岛并陆为主的围填海活动导致海岸线向海推进的围填海面积总计231.42 km²。(2)海岸线总长度持续缩减,大陆岸线长度累计减少了161.99 km,海岛岸线长度累计减少了121.36 km;海岸线年平均变化强度介于-0.05%至-1.85%,大陆在1971—1980年、海岛在2006—2010年期间变化强度最为剧烈。(3)持续截弯取直致使岸线局部曲折形态特征平直化,自然岸线保有量不断降低,海岸线人工化程度持续增加,大陆远高于海岛。(4)人口增加、经济发展和政策引导是三门湾海岸线演变的主要驱动因素。

作为海岸带变化的标志要素,大范围、长时序的岸线动态变迁研究对区域海岸带环境与人类活动研究具有重要意义。本文利用遥感技术分析泰国1990-2020年岸线长度、类型变化、变迁速率、海陆格局等变化特点。结果表明:(1)30 a来,泰国岸线长度总体呈持续增长趋势,但增长速率呈“先快后慢”的阶段性变化,表现为向海扩张及向陆侵蚀两种形式。1990—2015年岸线向海方向的扩张趋势逐渐变缓,向陆方向的侵蚀趋势逐渐增大,2000-2015年整体变化趋势以内陆侵蚀为主,但2015年后整体岸线变迁以向海扩张为主;(2)泰国岸线变化区域性差异显著,林查班港等区域岸线扩张变化剧烈,而曼谷湾北部区域岸线侵蚀变化明显;(3)海岸带工程建设是泰国岸线扩张变化的主要动力,海洋环境与极端气候是岸线侵蚀变化的主要因素,而政策管理贯穿于岸线增减变化的全过程。

海温是认知和研究大气、海洋物理性质和演变规律的重要海洋环境动力要素之一,也是海洋预报组成中不可或缺的组成部分,对海温的分布及演变规律进行研究对海洋经济、环保和国防安全具有重要的意义。本文提出了一种基于相似系数的海温统计预报方法,利用数理统计分析方法,构建基于相似系数的统计预报模型来实现海温的单点时间序列预报。在南海海域海温预报中长期实验中,该方法比气候态预报和ARIMA预报方法的结果更优,证明该方法的有效性并为海温的中长期预报提供了新思路。

本研究利用1990年、2006年、2010年和2016年11月在南麂列岛、北龙-北麂列岛和洞头列岛的调查结果和历史资料,分析了浙南岛屿岩相潮间带大型底栖动物优势种的时空变化及生态位。结果显示:4次调查数据中主要优势种有15种,前4位优势种分别为日本笠藤壶、条纹隔贻贝、疣荔枝螺和小结节滨螺;30 a来日本笠藤壶有逐渐被条纹隔贻贝取代的趋势。在区域分布上,北龙-北麂列岛和洞头列岛以日本笠藤壶为第一优势种,南麂列岛以条纹隔贻贝为第一优势种。各优势种的生态位宽度值(B_i)范围为0~0.97,B_i大于0.70的有疣荔枝螺、日本花棘石鳖、条纹隔贻贝、小结节滨螺、龟足、日本笠藤壶,表明这些物种在多数环境位点都有出现且对环境适应能力强;B_i小于0.4的物种有毛贻贝、刺巨藤壶、隆起隔贻贝、棘刺牡蛎、厚壳贻贝和东方小藤壶,表明它们只在少数的环境位点出现且对资源利用能力较弱。生态位重叠值(O_ik)范围为0~0.96,B_i大于0.7的物种间重叠度较高,O_ik值均大于0.53;B_i在0.4~0.7的物种间O_ik值为0.34~0.66;而B_i小于0.4的物种间O_ik值在0~0.69之间。说明生态位宽度大的物种之间重叠度较高,但生态位宽度小的物种之间重叠度不一定低。

海洋灾害造成贝类养殖损失的价值评估是海洋科学与水产科学交叉产生的新科学命题,同时也是渔业经济学与保险价值核算的难题。本文从海浪导致贻贝脱落致灾的角度展开研究,采用第三代海浪模型SWAN,以嵊泗海域作为研究区,通过P-Ⅲ曲线拟合、波高重现期分析,定量研究了台风期间贻贝脱落率与有效波高之间的相关性。研究表明,当有效波高达到3 m时,贻贝开始出现脱落的可能性较大;当有效波高超过9 m时,出现脱落率达100%的可能性较大。研究结果可作为海洋水产养殖损失保险理赔的参考。