基于多源遥感数据的日本海内波特征研究-孙丽娜.pdf

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1、第40卷 第3期海 洋 学 报Vol. 40, No. 32018年3月Haiyang Xuebao M arch 2018孙丽娜,张杰,孟俊敏,等.基于多源遥感数据的日本海内波特征研究 J .海洋学报, 2018, 40( 3) : 102- 111, doi: 10. 3969/ j.issn. 0253- 4193. 2018. 03. 010Sun Li na, Zhang Jie, M eng Junmin, et al. Analysis of internal waves in the Japan Sea with multi- sensors remote sensing da

2、ta J .Haiyang Xuebao, 2018, 40( 3) : 102- 111, doi: 10. 3969/ j. issn. 0253- 4193. 2018. 03. 010基于多源遥感数据的日本海内波特征研究孙丽娜1,张杰1,孟俊敏1,王晶2,张旭东1, 2( 1.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061; 2.中国海洋大学信息科学与工程学院,山东青岛266100)收稿日期:2017- 04- 05;修订日期:2017- 05- 31。基金项目:国家自然科学基金( 61471136) ; “全球变化与海气相互作用”专项( GASI- 02- PAC- YGST2- 0

3、4) ;国家高技术研究发展计划( 863)( 2013AA09A502) 。作者简介:孙丽娜( 1985 ) ,女,吉林省桦甸市人,研究方向海洋内波遥感探测。 E- mail: sunln fio. org. cn摘要:日本海特殊的地理位置和复杂的地形使得该海域内波表征极为复杂,遥感是大范围观测内波的有效手段,已被广泛应用于内波的探测研究。本文利用M ODIS、 GF- 1和ENVISAT ASAR遥感影像,开展了日本海内波特征研究。通过提取内波波峰线,生成了日本海内波空间分布图;获取了内波的波峰线长度和传播速度,并基于非线性薛定谔方程反演了内波振幅。研究结果表明,日本海内波分布范围宽广,不仅

4、大陆架沿海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量内波;日本海北部45 N附近海域有少量内波出现,利用高分影像探测到朝鲜陆架浅海区有大量小尺度内波,大和海盆、大和隆起的西南部海域没有发现内波。日本海内波波峰线长达100多千米,深海区的传播速度大于1 m/ s;浅海区内波振幅约10 m左右,深海区可达60 m以上。关键词:内波;遥感;日本海; M ODIS; SAR中图分类号:P731. 24文献标志码:A文章编号:0253- 4193( 2018) 03- 0102- 101 引言海洋内波是发生在海洋内部的一种动力学现象,它受各种海洋环境的影响,如潮汐、海底地形、环流结构和海水温盐度等,在海洋中

5、普遍存在。内波的产生需要稳定的密度跃层和一定的扰动源,具有较强的地域特点,日本海特殊的地理位置和复杂的地形使得该海域内波表征极为复杂,是全球内波主要发生区之一 1- 3 。日本海是东北亚地区最大的半封闭陆架深边缘海,被亚欧大陆和日本岛环绕,是西北太平洋上重要的海区,通过对马海峡和津轻海峡与太平洋相连,通过宗谷海峡和鞑靼海峡与鄂霍次克海相连,陆架较短,拥有深度超过3 000 m的日本海盆,陆架较短,且发育欠佳。日本海面积虽不大,但却表现出明显的大洋特征,如具有较深的海盆,随季节变化明显的温盐度,亚极地海洋锋和海洋涡旋,以及丰富的寒、暖流系统和深层对流系统等 4- 5 。日本海北部和东南部都是丰富

6、的渔场,海底具有丰厚的天然气及石油等重要资源。同时,日本海是我国图们江的出海口和通往北极航道的必经之路,东北亚经济的迅猛发展,更加突显了该海域的重要性。内波发生在海洋内部,对海洋混合、渔场以及海上工程作业都具有重要影响,因此研究日本海内波具有重要意义。目前,日本海内波的研究主要采用现场观测和遥感观测两种手段。基于现场观测的日本海内波研究主要集中在以下3个海区:韩国东部沿岸海域、加莫夫半岛附近海域和彼得大帝湾附近海域。 Kim等 6利用CTD和ADCP探测到了韩国东海岸海域有高频万方数据非线性内波产生,向韩国沿岸传播,产生周期为19 h,此处内波主要由近惯性内波产生。 Novotryasov和V

7、anin 7基于实测数据探测了日本海加莫夫半岛附近海域存在低频的非线性内波;日本海西北部海域季节性温跃层较强,内波存在散射现象 8 。日本海彼得大帝湾靠近陆架20 40 m深度范围的季节性跃层具有显著变化 9 ,温跃层分布不均匀导致了内波动力学变化, Novotryasov等 10利用非线性开尔文理论分析了海水温度的变化,此海域内波振幅约10 m 11 。基于遥感观测的日本海内波研究较少, M itnik和Dubi-na 12利用遥感图像( ERS- 1/ 2、 ENVISAT ASAR和M ODIS)研究了鄂霍次克海和日本海部分区域的内波特征,指出日本海内波的波长最长可达14. 5 km,前

8、导波波峰线长度在4 250 km之间、传播速度大小为0.7 1. 8 m/ s,认为此海域内波是由半日潮激发产生。综上所述,日本海内波的研究主要集中在沿岸陆架浅海区,深海内波的相关研究较少,特别是日本海内波全貌尚不清楚。本文利用2011- 2014年含内波的M ODIS、 GF- 1和ENVISAT ASAR遥感影像,通过提取内波波峰线生成了日本海内波空间分布图;给出了不同海区内波波峰线长度和传播特点,并根据内波传播距离和半日潮周期反演了内波传播速度;最后采用非线性薛定谔方程结合遥感图像反演了日本海陆架区和深海区内波的振幅。本文为进一步了解和研究日本海内波提供科学依据。2 数据源遥感数据采用中

9、分辨率光学影像( M ODIS) 、高分辨率光学影像( GF- 1)和ENVISAT ASAR遥感影像。 M ODIS采用的是分辨率为250 m的太阳反射波段数据,共有两个波段band1 ( 0. 620 0. 670 m) 、band2( 0. 841 0. 876 m) ,刈幅宽度2 330 km。 TER-RA与AQUA上的M ODIS数据在时间更新频率上相配合,可以得到每天最少2次白天和2次黑夜更新数据。 M ODIS具有时间分辨率高、空间覆盖范围广、数据可免费获取等优点,已成为研究海洋内波的重要数据源。 GF- 1数据采用16 m分辨率的多光谱相机( W FV) ,卫星共装载4台(

10、W FV1、 W FV2、 W FV3和W FV4)多光谱相机,可以获取4个波段( 0. 45 0. 52 m、 0. 52 0. 59 m、 0. 63 0. 69 m、 0. 77 0. 89 m)的多光谱彩色图像,刈幅宽度可达800 km。 EN-VISAT ASAR采用150 m空间分辨率的VV/ HH极化方式的W SM模式数据,刈幅宽度约400 km。 SAR具有全天时、全天候以及能够穿透云雾等优势,可以弥补光学遥感成像的不足。本文利用2011- 2014年将的多时相遥感数据,将光学与SAR、中分辨率与高分辨率遥感数据相结合,时间上提高了内波的探测周期,空间上提高了内波的探测尺度和探

11、测范围,为全面研究日本海内波提供数据源保障,有效提高了内波的探测率。3 研究方法本研究所用的遥感数据包括光学和SAR影像。首先对原始遥感影像进行筛选和预处理,其中, SAR图像要进行入射角校正和几何校正等常规预处理,光学图像要进行几何校正预处理。然后对内波图像进行均衡化处理,找到图像中所有含内波的位置,根据内波判别标准,建立感兴趣区,提取内波特征信息。最后根据遥感图像以及提取的内波信息开展分析,包括内波的位置分布、传播方向、传播速度和波峰线长度等特征。振幅是内波最重要的参数之一。多位学者根据KdV方程和SAR成像机理,建立了从SAR遥感图像反演海洋内波参数(混合层深度、振幅、速度等)的方法 1

12、3- 15 。实测资料和实验室实验数据都证实,对于小振幅(有限振幅)弱非线性内波, KdV模型是适用的,但对于大振幅,即振幅尺度和水深尺度相当的情形就不适用了,它无法模拟实际海洋中大振幅内波。非线性薛定谔方程( NLS)也可以用于描述内波的传播,在这方面,我们研究团队已有较多研究成果 16- 19 。采用非线性薛定谔方程可以从遥感图像中反演内波振幅,通过对多景南海北部SAR影像进行内波振幅反演,并以实测数据作为验证,反演的内波振幅与实测内波振幅相近。日本海地处中高纬度,大陆架比较狭窄,海底主要是深水海盆,平均深度1 648 m,结合日本海的具体情况,本文采用非线性薛定谔方程反演内波振幅。考虑到

13、反演所用内波图像获取时间均在夏季,海水的温跃层比较浅 20 ,因此,我们将反演区域层化结构近似为两层结构。采用非线性薛定谔方程进行内波振幅反演,表达式如下:iAt + Axx + A 2A = 0, ( 1)其中, = 1( ) + 2( )= 32 h2 c gc 1k +3 c 2g2 + h 22ktanh( k h 2 ) , ( 2) = 1( ) + 2( )3013期 孙丽娜等:基于多源遥感数据的日本海内波特征研究万方数据= ( - 2 ) - f 6 f 3 c gc1+ f 7c1+ k f 3 - f 25c1 , ( 3)式中, 表示频散系数; 表示非线性系数; A表示内

14、波振幅。频率 = c 1ktanh( k h 2 ) , c g = ddk =2k 1 +2k h 2sinh( 2k h 2 ) , h 2为下层水深; c 1 , f 3 , f 6 , f 7和f 25为方程推导过程中的参数,与水深、海水密度、频率和波数k相关。结合Bragg后向散射原理和作用量谱平衡方程可以得到, x II 0 = -Bl sechxl 2 tanh2 ( xl ) - 1 = 0 0, ( 4) x II 0 = -Bl sech2 xl 3 tanh2 ( xl ) - 1 = 0 0A = 1. 32D 2 0, ( 6)式中, D表示遥感图像中内波条纹的亮暗间

15、距,从SAR图像上获取亮、暗条纹间距D,结合当地水文数据,由式( 6)可计算出内波振幅。4 结果与分析4. 1 日本海内波时空分布特征利用光学和SAR遥感图像提取内波波峰线,生成的日本海内波空间分布如图1所示,图中黑色曲线表示提取的内波波峰线。从图中可以看出,空间上,日本海内波主要分布在45 N以南的海域,以北海域几乎无内波发生。日本海的大陆架沿海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量内波。内波主要发生在朝鲜、俄罗斯西南部、本州岛西部沿岸海域,对马海峡通往对马海盆至日本海盆一带海域、津轻海峡通往日本海盆附近海域内波较为密集,北海道岛和宗谷海峡附近海域也探测到了少量内波;大和海盆、大和隆起及本州

16、岛东部沿岸海域几乎无内波发生,宗谷海峡至鞑靼海峡之间高纬度海域也没有探测到内波。图1 日本海内波分布图(黑色线为提取的内波波峰线)Fig. 1 The distribution map of internal waves in the Japan Sea( the black line is the crests of internal waves)401海洋学报 40卷万方数据 日本海内波空间分布特征:( 1)陆架区内波主要分布在朝鲜沿岸、韩国东南部沿岸和彼得大帝湾附近海域,内波尺度较小,主要向沿岸传播。( 2)对马海峡海域的内波分布比较复杂,传播方向各个方向都有,此海域水深较浅,内波变化较

17、大。( 3)津轻海峡海域的内波,主要在津轻海峡附近海域产生,向西偏南方向传播进入日本海盆,另有部分内波向西北方向传播。( 4)对马海盆内波较为规则,大部分内波主要向东北方向传播进入日本海盆。( 5)日本海盆的内波分布交错复杂,一部分内波是津轻海峡和对马海盆的内波传播进来的,一部分内波是在陆架或日本海海盆产生的,向各个方向传播。日本海地理纬度较高且相对封闭沿东北-西南走向,受对马暖流、里曼寒流和极地大陆、海洋气团以及副热带大陆、海洋气团等因素的共同影响,跃层具有明显的季节变化 21 。海区东南部存在常年跃层,跃层深度较深,厚度较大,季节变化不明显,比较稳定;海区西北部跃层浅、厚度薄,夏季跃层为全

18、年最强,这也是夏季内波发生频次较高的原因。日本海41 N以北的大部分海域呈上下均一状态,无跃层出现,该海域内波发生较少,但在45 N附近遥感也探测到了少量的内波,如图2所示。图为2014年8月14日03: 40( UTC) M ODIS探测到的日本海北部45 N附近海域的内波图像,从图中可以明显的看出有一列内波向北偏西方向传播。同时,利用GF- 1遥感影像在韩国和朝鲜沿岸陆架区探测到了大量尺度较小的内波如图3所示。图3为2014年7月24日02: 39: 18( UTC)朝鲜沿岸内波GF- 1影像,从图中可以清晰看到很多的亮暗条纹,内波分布较为密集,主要向大陆架传播,尺度较小,这充分彰显了高分

19、图像探测内波的优势。从时间上看来,日本海内波主要发生在夏季,冬季没有探测到内波,如图4所示。遥感探测到的内波主要发生在5月至10月,其中8月遥感探测到的内波发生频次最高,其次是7月, 6月和9月内波发生的频次相当。由于日本海地处中高纬度,夏季太阳辐射最强,表层增温快,温度垂直分布出现最强的层化现象,跃层强度全年最强,跃层上升至海表上层达最浅,这是夏季内波发生频次高的主要原因。冬季日本海太阳辐射最弱,正值强劲的极地大陆气团和极地海洋气团所致偏北风盛行季节,对流涡动混合最强,温度图2 2014年8月14日03: 40( UTC)日本海北部内波M ODIS光学遥感图像Fig. 2 The M ODI

20、S image of the north of Japan Sea acquiredon 14 August 2014 at 03: 40 UTC图3 2014年7月24日02: 39: 18( UTC)朝鲜沿岸内波GF- 1光学遥感图像Fig. 3 The GF- 1 image of the Korea Peninsula acquired on24 July 2014 at 02: 39: 18 UTC垂直分布较为均匀,跃层为全年最弱,而且跃层深度也比较深,这是冬季内波较少的主要原因。内波生成和传播过程受多种环境条件的影响,包括跃层、地形、潮汐、潮流等,潮流与海底山脊、峡谷和大陆架等相互

21、作用,具有较强的地域特点。日本海海5013期 孙丽娜等:基于多源遥感数据的日本海内波特征研究万方数据图4 日本海内波发生频次图Fig. 4 Occurrence frequency of internal waves in the Japan Sea底地形(如海盆、海岭、海槽等)和海洋环境复杂,随季节变化明显的温度、盐度、亚极地海洋锋和海洋涡旋,丰富的寒、暖流系统以及黑潮在九州以南入侵陆架穿越对马海峡进入日本海,对该海域内波的产生及传播都有重要影响。日本海的潮波主要是通过对马海峡、宗谷海峡和津轻海峡进入日本海,西南部来自东海东北部的高温高盐的对马暖流经对马海峡进入日本海,北部一支重要的寒流 黎

22、曼寒流经鞑靼海峡进入日本海并南下。由此可见,日本海内波可能主要是潮汐和潮流与海底地形相互作用而产生。由此推断日本海主要内波发生区可能的生成机制:( 1)对马岛和壹岐岛附近海域的内波,可能是潮汐和对马暖流与对马海峡海底地形相互作用产生。( 2)津轻海峡附近海域的内波,可能是由太平洋自西向东流经津轻海峡进入日本海的潮汐与海底地形相互作用产生。( 3)对马海盆向日本海盆传播的内波,可能是潮流与海底地形的相互作用产生,并在对马暖流等的驱动下向东北方向传播进入日本海盆。日本海内波分布复杂,特别是日本海盆西部海域的内波,各个方向传播的都有,对其生成机制及发生源的研究需要结合更为详细的水文信息及历史观测资料

23、等。4. 2 日本海内波传播速度及方向日本海地形复杂,内波具有多个发生源,使得该海域内波传播方向具有多样性。对马海峡产生的内波,由西南向东北方向传入对马海盆,如图5所示。图5为2013年8月11日02: 00( UTC)对马海峡产生的内波M ODIS光学遥感图像,图中波包群中含有4个波包,前导波波峰线最长可达133. 42 km,波包间距为62. 91 km,并依次减小。根据内波的传播距离 L和传播时间 t ,半日朝周期为12. 42 h,可以计算出内波的传播速度v = L/ t ,此处内波传播速度大约为1. 4 m/ s。图5 2013年8月11日02: 00( UTC)日本海M ODIS光

24、学遥感图像Fig. 5 The M ODIS image of the Japan Sea acquired on 11August 2013 at 02: 00 UTC津轻海峡产生的内波由东北向西南方向传播进入日本海盆,如图6所示。图6为2012年8月21日03: 10( UTC)津轻海峡产生的内波M ODIS光学遥感图像,图中波包群中含有2个波包,前导波波峰线最长可达122. 64 km,波包间距为50. 75 km,内波传播速度大约为1. 14 m/ s。陆架区的内波大多向沿岸传播,内波波峰线几乎与大陆架平行,如图7所示。图7为2014年7月28日02: 37: 02( UTC)日本海G

25、F- 1光学遥感图像,图中波包群中含有3个波包,前导波波峰线最长可达60km,波包间距为15. 32 km,内波传播速度大约为0. 34m/ s。日本海北部的日本海盆附近海域内波如图8所示。图8是利用2012年7月14日03: 45( UTC)和2012年7月14日03: 50( UTC)的两景M ODIS遥感图像拼接而成的图像,图像上半部分为2012年7月14日03: 50( UTC)的内波M ODIS图像,下半部分为2012年7月14日03: 45( UTC) M ODIS图像。图中601海洋学报 40卷万方数据图6 2012年8月21日03: 10( UTC)日本海M ODIS光学遥感图

26、像Fig. 6 The M ODIS image of the Japan Sea acquired on 21August 2012 at 03: 10 UTC内波无规则的波峰线,由陆架区向深海方向传播,前导波波峰线长度可达177. 24 km。图7 2014年7月28日02: 37: 02( UTC)日本海GF- 1光学遥感图像Fig. 7 The GF- 1 image of the Japan Sea acquired on 28July 2014 at 02: 37: 02 UTC4. 3 振幅反演利用非线性薛定谔方程,针对日本海地形、水深和内波分布特点,选定4个不同区域的内波进行振

27、幅反图8 2012年7月14日03: 45( UTC)和2012年7月14日03: 50( UTC)两景M ODIS遥感图像拼接的日本海北部小区域内波图像Fig. 8 The GF- 1 image of the north of Japan Sea acquiredon 14 July 2014 at 03: 45 and 03: 50 UTC演。 2景图像中的内波位于日本海沿岸浅海区,其中一景图像中的内波位于朝鲜沿岸的浅海区,一景图像中的内波位于日本沿岸的浅海区。另外2景图像中的内波位于日本海深海区。其中, IW 1位于日本北九州岛沿岸海域,水深大约116 m,获取该内波的图像为2010年

28、6月30日的ENVISAT ASAR遥感图像; IW 2位于朝鲜沿岸海域,水深124 m,获取该内波的图像为2014年7月24日的GF- 1遥感图像; IW 3位于日本海盆靠近大和隆起附近海域,水深1 705 m,获取该内波的图像为2012年7月28日的M ODIS遥感影像; IW 4位于日本海盆东北部海域,水深3 639 m,获取该内波的图像为2014年8月14日的M ODIS遥感图像。反演的内波的具体位置如图9所示。IW 1为2010年6月30日13: 02: 08( UTC)日本海ENVISAT ASAR遥感影像中的内波,如图10所示,图中内波包含有4条内波,右下角为内波的剖面曲线,可以

29、明显看出有4个尖峰,分别对应图像中的4条内波。根据剖面曲线可以测量出内波图像亮带中心点与暗带中心点的间距D为482. 3 m;根据该海域水文参数( ETOP1网站下载)可知,内波位置的总水深为116 m,上层水深17 m,上层密度为1 024. 2kg/ m3 ,下层密度为1 025. 3 kg/ m3 ,将D值、水深、跃层深度和密度等参数代入内波振幅表达式,反演的内7013期 孙丽娜等:基于多源遥感数据的日本海内波特征研究万方数据图9 内波位置示意图Fig. 9 The location of the amplitude inversion of internalwaves红色点表示反演振幅

30、的内波位置;其中IW 1位置水深116 m, IW 2位置水深124 m, IW 3位置水深1 705 m, IW 4位置水深3 639 mThe location of the amplitude inversion of internal waves is shown inred point; IW 1 location of the water depth of 116 m, IW 2 location ofthe water depth of 124 m, IW 3 location of the water depth of 1 705 m,IW 4 location of the

31、water depth of 3 639 m波振幅为9. 96 m。IW 2为2014年7月24日02: 39: 18( UTC)日本海GF- 1遥感图像中的内波,如图11所示,右下角为所取内波截面的剖面曲线,可以明显看出有2个尖峰,分别对应图像中的2条内波。根据剖面曲线可以测量出内波图像亮带中心点与暗带中心点的间距D为124 m;内波位置的总水深为76 m,上层水深10 m,上层密度为1 024. 0 kg/ m3 ,下层密度为1 025. 0 kg/ m3 ,将D值、水深、跃层深度和密度等参数代入内波振幅表达式,反演的内波振幅为9. 4 m。IW 3为2012年7月28日02: 20( U

32、TC)日本海M ODIS遥感影像采用薛定谔方程对内波振幅进行反演,图中一条内波,如图12所示,图中内波包含有2条内波,左上角为内波的剖面曲线,可以明显看出有2个尖峰,分别对应图像中的2条内波。根据剖面曲线可以测量出内波图像亮带中心点与暗带中心点的间距D为641 m,图中内波位置的水深为1 706 m,上层水深30 m,上层密度为1 025. 5 kg/ m3 ,下层密度为1 027. 1 kg/ m3 ,将D值、水深、跃层深度和密度等代入内波振幅表达式,反演内波振幅值为66. 39 m。图10 2010年6月30日13: 02: 08( UTC)日本海ENVISAT ASAR遥感影像Fig.

33、10 The ENVISAT ASAR image of the Japan Seaacquired on 30 June 2010 at 13: 02: 08 UTC黄色线为截取的内波剖面,右下角为内波剖面曲线The yellow line represents the wave profile; and the insert mapshows the spatial profile of the wave in the lower right corner图11 2014年7月24日02: 39: 18( UTC)日本海GF- 1遥感影像Fig. 11 The GF- 1 image of

34、 the Japan Sea acquired on 24July 2014 at 02: 39: 18 UTC黄色线为截取的剖面,右下角为内波剖面曲线The yellow line represents the wave profile; and the insert mapshows the spatial profile of the wave in the lower right cornerIW 4为2014年8月14日03: 40( UTC)日本海M ODIS光学遥感图像中的内波,如图13所示,图中内波包含有3条内波,左上角为内波的剖面曲线,可801海洋学报 40卷万方数据以明显看

35、出有3个尖峰,分别对应图像中的3条内波。根据剖面曲线可以测量出内波图像亮带中心点与暗带中心点的间距D为737 m,图中内波位置的总水深为3 639 m,上层水深30 m,上层密度为1 025. 0kg/ m3 ,下层密度为1 027. 3 kg/ m3 ,将D值、水深、跃层深度和密度等代入内波振幅表达式,反演的内波振幅为91. 38 m。图12 2012年7月28日02: 20( UTC)日本海M ODIS遥感影像Fig. 12 The M ODIS image of the Japan Sea acquired on 28July 2012 at 02: 20 UTC黄色线为截取的内波剖面,

36、左上角图为内波剖面曲线The yellow line represents the wave profile; and the insert map showsthe spatial profile of the wave in the upper left corner利用非线性薛定谔方程从遥感图像中反演了日本海不同海区的内波振幅,其中,朝鲜沿岸水深124 m处海域的内波振幅为9. 4 m,日本北九州岛沿岸水深116 m处海域的内波为9. 96 m,这与文献 11中的实测的日本海浅海内波振幅大约为10 m很接近。深海区水深1 706 m处海域的内波振幅为66. 39 m,水深3 639 m处

37、海域的内波振幅较大,可达91. 38 m。振幅是内波的重要参数,它反映了内波在传播过程中的能量变化,因此,对内波振幅的研究具有重要科学意义。5 结论日本海地理位置和海底地形复杂性使得该海域内波分布较为复杂。空间上,日本海内波分布广泛,不仅大陆架沿岸浅海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量的内波。日本海内波主要分布在朝鲜、俄图13 2014年8月14日03: 40( UTC)日本海北部内波M ODIS光学遥感图像Fig. 13 The M ODIS image of the Japan Sea acquired on 14August 2014 at 03: 40 UTC黄色线为截取的内波剖面

38、,左上角图为内波剖面曲线The yellow line represents the wave profile; and the insert map showsthe spatial profile of the wave in the upper left corner罗斯西南部、本州岛西部沿岸海域,对马海峡通往对马海盆至日本海盆一带海域、津轻海峡通往日本海盆附近海域内波较为密集,北海道岛和宗谷海峡附近海域也探测到了少量内波;大和海盆及本州岛东部沿岸海域几乎无内波发生,日本海北部的宗谷海峡至鞑靼海峡之间高纬度海域也没有探测到内波。同时发现,日本海北部45 N附近海域有少量内波出现,利用高分

39、影像探测到朝鲜陆架浅海区有大量小尺度内波存在。日本海内波分布较为复杂,陆架区内波主要分布在朝鲜沿岸、韩国东南部沿岸和彼得大帝湾附近海域,内波尺度较小,主要向沿岸传播;对马海峡海域的内波分布比较复杂,传播方向各个方向都有,此海域水深较浅,内波变化较大;津轻海峡海域的内波,主要在津轻海峡附近海域产生,向西偏南方向传播进入日本海盆,另有部分内波向西北方向传播;对马海盆附近海域的内波较为规则,大部分内波主要向东北方向传播进入日本海盆;日本海盆的内波分布交错复杂,一部分内波是津轻海峡和对马海盆的内波传播进来的,一部分内波是在陆架或日本海海盆产生的,向各个方向传播。时间上,遥感探测到内波主要发生在夏季,冬

40、季没有探测到内波。其中,内波主要发生在59013期 孙丽娜等:基于多源遥感数据的日本海内波特征研究万方数据- 10月, 8月份内波发生频次最高,其次是7月。日本海沿岸浅海区内波的前导波波峰线长度大约为几十千米,传播速度0. 3 m/ s左右;深海区内波的前导波波峰线长度可达100多千米,传播速度1. 5 m/ s左右。利用薛定谔方程从遥感图像中反演的日本海不同海域的内波振幅,其中,沿岸浅海区内波振幅大约为10 m左右,这与文献中的实测值吻合。深海区水深3 639 m海域的内波振幅可达91. 38 m。下一步将针对日本海内波的发生源及生成机制开展相应的研究。致谢:感谢NASA网站提供的M ODI

41、S数据,感谢中欧“龙计划”合作项目提供的ENVISAT ASAR数据。参考文献: 1 Serebryany A. Nonlinear internal waves on shelf of the sea of Japan C / / Underwater Acoustics Conference and Exhibition. Heraklion: Institute ofApplied and Computational M athematics, 2015. 2 Rutenko A N. The effect of internal waves on the sound propagati

42、on in the shelf zone of the Sea of Japan in different seasons J . Acoustical Physics,2005, 51( 4) : 449- 456. 3 Novotryasov V V, Karnaukhov A S. Nonlinear interaction of internal waves in the coastal zone of the Sea of Japan J . Izvestiya, Atmospheric andOceanic Physics, 2009, 45( 2) : 262- 270. 4 崔

43、琰琳,吴德星,兰健,等.日本海环流研究综述 J .海洋科学进展, 2006, 24( 4) : 577- 592.Cui Yanlin, W u Dexing, Lan Jian, et al. Review of study on circulation in the Japan Sea J . Advances in M arine Science, 2006, 24( 4) : 577- 592. 5 郑沛楠,刘俊,杨玉震,等.日本海特征水研究进展 J .海洋预报, 2011, 28( 2) : 63- 67.Zheng Peinan, Liu Jun, Yang Yuzhen. Adv

44、ances in the study of characteristic water in the Japan Sea J . M arine Forecasts, 2011, 28( 2) : 63- 67. 6 Kim H R, Ahn S, Kim K. Observations of highly nonlinear internal solitons generated by near- inertial internal waves off the east coast of Korea J .Geophysical Research Letters, 2001, 28( 28)

45、: 3191- 3194. 7 Novotryasov V V, Vanin N S. Low- frequency internal waves in the near- shore zone of the Japan Sea J . Izvestiya Atmospheric & Oceanic Physics,2002, 38( 4) : 495- 502. 8 Igeta Y, Kumaki Y, Kitade Y, et al. Scattering of near- inertial internal waves along the Japanese coast of the Ja

46、pan Sea J . Journal of GeophysicalResearch, 2009, 114( 114) : 637- 644. 9 Navrotsky V V, Lozovatsky I D, Pavlova E P, et al. Observations of internal waves and thermocline splitting near a shelf break of the Sea of Japan( East Sea) J . Continental Shelf Research, 2004, 24( 12) : 1375- 1395. 10 Novot

47、ryasov V V, Vanin N S, Karnaukhov A A. M anifestation of nonlinear properties of Kelvin internal waves in the coastal zone of the Sea ofJapan J . Izvestiya Atmospheric & Oceanic Physics, 2005, 41( 5) : 611- 619. 11 Yaroshchuk I O, Leont Ev A P, Kosheleva A V, et al. On intense internal waves in the

48、coastal zone of the Peter the Great Bay ( the Sea of Ja-pan) J . Russian M eteorology and Hydrology, 2016, 41( 9) : 629- 634. 12 M itnik L M , Dubina V A. Spatial- temporal distribution and characteristics of internal waves in the Okhotsk and Japan Seas studied by ERS- 1/ 2SAR and Envisat ASAR J . Proc Envisat Symposium, 2007, 1( 2) : 11- 22. 13 Small J, Hallock Z, Pavey G. et al. Observations of large amplitude internal waves at the M alin Shelf edge during SESAM E 1995 J . ContinentalShelf Research, 1999, 19( 11) : 1389- 1436. 14 Zheng Quan an, Yuan Yeli, Klemas V, et al. Theoretical ex