孟加拉湾Aquarius遥感盐度质量评估及应用研究

摘要

孟加拉湾及其邻近海域是印度洋盐度最低的海域，其上部低盐层通过影响海气交换，进而对周边大陆的气候产生影响。但盐度资料的匮乏限制了对该海域盐度的认识。Aquarius\SAC-D与SMOS卫星的出现，为孟加拉湾海域海表盐度研究提供了高时空覆盖的资料。
　　本论文首先利用现场实测盐度（Argo、RAMA）评估孟加拉湾海域Aquarius3种遥感盐度产品（ADPS、CAP、CAP_RC产品）的准确度，并通过TRMM降雨资料、HYCOM模式盐度资料等分析遥感盐度与现场实测盐度的差异来源。在此基础上，使用Aquarius CAP3级产品探讨了孟加拉湾海域海表盐度的季节和年际变化特征，并结合蒸发降雨、风场等资料分析了2011~2012年孟加拉湾春季海表盐度年际变化的成因。
　　质量评估结果显示，ADPS、CAP、CAP_RC遥感盐度2级产品与Argo、RAMA盐度在孟加拉湾海域的对比具有良好的一致性，其中CAP、CAP_RC的对比结果要略优于ADPS产品。与Argo盐度对比，ADPS、CAP、CAP_RC产品的偏差（均方根误差）分别为-0.14（0.6）、0.01（0.53）、0.07（0.52）；与RAMA盐度对比，ADPS、CAP、CAP_RC产品的偏差（均方根误差）分别为-0.26（0.47）、-0.01（0.43）、0.03（0.42）。评估结果还显示，遥感盐度与实测盐度的差异随空间变化，这三种遥感盐度产品在赤道印度洋东部以及孟加拉湾15°N以北海域与Argo及RAMA的盐度资料的总体偏差及均方根误差均较大。研究表明，这两个海域遥感盐度与实测盐度的差异主要由遥感与传统盐度观测方式的差异引起，成因有以下两方面：
　　（1）卫星遥感探测的是海表面2 cm以浅的盐度，而Argo表层盐度的平均观测深度为3m左右。二者观测深度的差异，使得在湾北部及赤道东部海域这样的季节性多雨区的强降雨事件引发的盐度近表层强层化，最终导致遥感海表盐度较实测表层盐度出现系统偏低，也是产生较大均方根误差的一个重要因素。统计结果显示，强降雨引起的海表盐度降低幅度达0.12 psu/(mm h-1)左右，当降雨发生于卫星盐度观测之前的6 h内时，其对遥感盐度与Argo盐度的对比结果影响较明显。
　　（2）有别于传统的单点测量盐度的方式，Aquarius卫星以面元方式观测海表盐度。本研究表明，这种观测方式的差异使得海表盐度空间小尺度变化对卫星盐度与实测盐度的对比结果产生较大影响。具体而言，由于盐度小尺度变化对单个点偏差影响的随机性，其对卫星盐度系统偏差的影响可以忽略。其影响主要体现在对卫星盐度均方根误差的主控作用，在盐度空间小尺度变化越显著的海域，其均方根误差就越大。孟加拉湾北部存在的卫星盐度均方根误差大值区，主要是由这种观测差异引起的。
　　在遥感盐度质量评估的基础上，应用Aquarius卫星盐度产品结合Argo等实测盐度资料，探讨了研究海域海表盐度的季节及年际变化特征。遥感盐度清晰显示了孟加拉湾海表盐度具有明显的季节变化特征，包括阿拉伯海高盐水的入侵引起湾南部海域盐度的变化以及湾北部淡水羽分布范围的季节性迁移等主要特征。此外，分析还揭示了2011（2012）年春季整个湾内出现异常高盐（低盐）现象。研究表明2010（2011）年湾北部夏季降雨减少（增加）导致该海域海水盐度偏高（偏低），并通过表层环流向南输运引起次年春季湾内表层盐度出现异常高盐（低盐）现象，春季风应力旋度正（负）距平通过影响盐度垂直混合过程对同期表层盐度异常高盐（低盐）变化也有影响。

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第一章 前言

1.1 引言

1.2 孟加拉湾海域上层海洋水文基本特征

1.3 孟加拉湾盐度研究进展

1.4 Aquarius卫星遥感盐度的质量评估及其在物理海洋学中应用研究进展

1.5 科学问题

第二章 Aquarius卫星以及盐度遥感基本原理

2.1 Aquarius卫星简介

2.2 Aquarius卫星遥感发展过程与遥感原理

2.3 Aquarius卫星遥感盐度观测及反演过程中的影响因素

第三章 孟加拉湾Aquarius 2级盐度产品准确度评估

3.1 数据与方法

3.2 Aquarius 2级盐度产品与Argo浮标盐度的比较结果

3.3 Aquarius 2级盐度产品与RAMA盐度的比较结果

3.4本章小结

第四章 孟加拉湾Aquarius 2级盐度产品与实测盐度差异来源分析

4.1 数据与方法

4.2环境因素对遥感盐度准确度的影响

4.3 观测方式不同引起的盐度差异

4.4 本章小结

第五章 基于Aquarius遥感盐度的孟加拉湾海表盐度季节变化和年际变化研究

5.1数据与方法

5.2 数据检验

5.3孟加拉湾表层盐度季节变化特征

5.4 孟加拉湾表层盐度年际变化特征

5.5 2011年、2012年春季表层盐度异常变化的成因

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

附录