基于非线性薛定谔方程的深海内波SAR遥感探测模型研究

海洋内波是重要的海洋过程，它对海洋声学、海洋工程、海洋军事等方面有着重要影响，因此，内波探测具有重要的科学意义和应用价值。由于SAR遥感具有全天候、全天时、成像探测的技术优势，已成为内波遥感探测的主要手段。目前内波SAR遥感探测主要集中于陆架区和浅海范围，所使用的传播模型是KdV方程。针对深海内波的SAR探测研究目前几近空白。本项目拟根据深海内波传播模型和SAR成像机理，发展深海内波的SAR探测模型,试图解决这一问题。.本项目首先建立深海内波传播的非线性薛定谔方程，引进空间啁啾，揭示深海内波传播的物理机制；在此基础上，结合内波SAR成像机理，建立深海内波的探测模型，反演内波各项特征参量；最后，将上述模型应用于中国近海内波多发区- - 南海北部。.本项目的完成将为深海内波探测提供一种新方法，有可能实现深海内波SAR探测的突破，同时也拓展了非线性薛定谔方程的应用领域。

海洋内波是海洋中的中尺度动力过程，对海洋工程、海水混合及潜艇航行都具有重要影响，因而备受关注。由于内波是随机出现，又具有较大的时空尺度，给内波研究带来了一个又一个的难题，遥感探测当然是不可或缺的重要手段之一。全面认识海洋内波还有很长的路，本项目研究了内波传播模型和SAR遥感内波探测模型，为内波的研究提供了新方法。 项目经过4年的实施，完成了项目的各项内容，达到了预期成果。并且，随着项目研究的深入，拓展了研究工作，即海洋内波现场测量的光纤传感方法探索。发表学术论文28篇，其中SCI期刊论文13篇（Ⅱ区4篇，Ⅲ区2篇），EI收录论文12篇，会议论文3篇，正在投稿待发表论文6篇；受理发明专利1项，进入实质审查阶段；受理软件著作权1项；培养博士生4人，硕士生9人（5人毕业）；培养本科生21人完成了毕业论文的研究工作。项目的重要研究成果如下：.（1）获得了新的深海内波传播方程-非线性薛定谔方程，深入研究发现该方程不仅适用于深海，而且可精细分为4种情况，拓展了内波传播方程的应用海区。根据非线性薛定谔方程，采用分布傅里叶方法和MITgcm编程解决了数值模拟内波的传播，模拟结果与遥感图像观测和现场测量数据分别比较，结果一致，验证了非线性薛定谔方程描述内波传播的可行性。通过引入内波的空间啁啾，获得频散效应和非线性效应产生的啁啾，分析了内波传播的物理机理。提出调制不稳定性，计算了吕宋海峡内潮的增益，很好地解释了南海潮成内波产生机理。.（2）在建立内波传播方程的基础之上，结合内波在SAR遥感成像的机理，获得了SAR遥感图像内波振幅和传播速度探测模型，发展了从SAR遥感图像反演内波特征参量的新方法。将此方法应用到南海和马林陆架海区，反演了内波的振幅和传播速度，与现场测量数据和传统KdV方法进行了比较，本方法反演的内波参量与现场测量数据更接近，证明了基于非线性薛定谔方程反演SAR遥感图像内波参量具有较高的精度。.（3）因为研究SAR遥感图像反演内波参量的方法精度如何，总要找到现场测量数据检验，可是目前内波的现场测量数据很少，原因是设备昂贵、方法单一。因此，课题组拓展了研究内容，开展了基于光纤传感测量内波的方法研究工作，以期为内波提供一种新的实测手段。已实现了海水温度盐度的光纤法测量，该方法具有高灵敏度、响应时间短、设备简单、价格低廉的优势。