淺海典型水下地形SAR遙感成像機(jī)理和反演研究.pdf

1、淺海水深數(shù)據(jù)是進(jìn)行科學(xué)研究和海岸管理的重要基礎(chǔ)。近岸地形地貌及海岸帶環(huán)境演變分析大多依賴于船載測深手段，缺乏大范圍實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新，尤其在水淺坡緩的岸灘區(qū)域，仍然存在水深數(shù)據(jù)空白。合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)可以探測水下地形及岸灘變化，作為一種新興的海洋測深手段，以其獨(dú)特的優(yōu)勢在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測深方法的不足。
　　本文主要采用數(shù)值模擬方法和SAR遙感技術(shù)研究淺海水下地形的成像機(jī)理和水

2、深反演方法。首先利用流場數(shù)值模型分析了兩種典型地形對不同方向流場的調(diào)制作用，并集成三維水動力模型和成熟的二維雷達(dá)成像模型構(gòu)建了淺海典型水下地形的二維SAR遙感成像模型，分別對近岸平行流場條件下的珠江口伶仃航道地形和復(fù)雜流場條件下的蘇北淺灘輻射沙洲地形的SAR遙感成像特征和成像過程進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了適用于蘇北淺灘沙脊和潮溝相間分布地形的二維水深反演方法，進(jìn)而結(jié)合SAR遙感影像，完成了淺海水下地形反演和地形遷移變化監(jiān)測的探索性研

3、究。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)在前人研究的基礎(chǔ)上，以沙波（正地形）和航道（負(fù)地形）兩種淺海典型水下地形為研究目標(biāo)，引入三維水動力模型進(jìn)行流場數(shù)值模擬。將描述水下地形和流場相互作用的流場模型由二維拓展到三維，對水下地形在平行流場、垂直流場以及一般方向流場中各流速分量、海表流速和流速梯度的三維空間分布進(jìn)行了分析，對水下地形和三維流場的相互作用機(jī)制有了新的認(rèn)識。
　　(2)集成三維水動力模型和二維雷達(dá)成像模型，建立

4、了珠江口航道地形SAR遙感成像模型。流場模型實(shí)時(shí)模擬了珠江河口區(qū)域復(fù)雜的水動力環(huán)境以及航道地形所引起的海表面流場變化，通過雷達(dá)成像模型得到模擬的SAR圖像，與真實(shí)SAR遙感影像和水深數(shù)據(jù)的良好對比結(jié)果證明了該模型具有對水下地形進(jìn)行SAR遙感成像的能力，為后續(xù)蘇北淺灘輻射沙洲地形的成像研究奠定了基礎(chǔ)。
　　(3)集成三維水動力模型和二維雷達(dá)成像模型，建立了蘇北淺灘輻射沙洲地形SAR遙感成像模型，針對太平沙區(qū)域進(jìn)行流場的實(shí)時(shí)動態(tài)模擬和

5、水下地形雷達(dá)成像仿真。定性分析了淺海水下地形雷達(dá)成像的影響因子，比較了水深和坡度對雷達(dá)后向散射信號的影響。結(jié)果表明，雷達(dá)后向散射強(qiáng)度受平均水深變化的影響較小，受水下地形坡度變化的影響較大。
　　(4)基于蘇北淺灘地形數(shù)據(jù)的先驗(yàn)知識，對太平沙研究區(qū)沙脊和潮溝相間的水下地形進(jìn)行了形態(tài)擬合，集成蘇北淺灘輻射沙洲地形的SAR遙感成像模型，發(fā)展了淺海二維水下地形的反演方法。利用SAR遙感影像，對太平沙研究區(qū)水下地形的反演做了探索性研究。