利用多源卫星测高数据分析海潮研究中的若干关键问题

Ocean tides represent the main component of ocean surface topography variability, playing a significant role in ocean modeling, precise orbit determination for geodetic satellites, global climate change, and sea-level variations. Current global ocean tide models are generated from multi-satellite altimetry data (TOPEX/Poseidon, Jason-1/-2, GFO, Envisat), with 20-year time span. However, when the altimeters approach very close to coasts and sea ice, they are contaminated by the land surface and/or sea-ice surface. The data are flagged out, resulting in a poor accuracy of ocean tide models in coastal and polar oceans. Hence, the model accuracies in coastal and polar oceans fail to meet the contemporary need. This project aims to extract more valid multi-altimetry data in both coastal and polar oceans, from radar waveform retracking technique, novel altimetry data correction and calibration technique, and the combined usage of laser altimetry data from ICESat. The goal is (1) to improve coastal and polar ocean tides, and (2) to investigate the inter-related effect between ocean tides and climate variability: (a) Due to ice melting in polar regions, we explore the potential seasonality of ocean tides due to climate variability through quantification of seasonal tides, in order to justify the necessity of seasonal ocean tides modeling; (b) 18.6-year nodal tide and its modulation is one of the potential causes which trigger climate variability. We estimate the 18.6-year nodal tide and its modulation, and their errors through harmonic and response analysis technique. This enables us to better characterize their real spatial pattern, and quantify their effect on climate change and on the sea-level rise.

海洋潮汐(海潮)是全球海面变化的主要因素，海潮对于海洋建模、地球卫星精密定轨、全球气候及海平面变化等研究有着重要的科学和社会意义。目前的全球海潮模型，主要联合多源卫星测高数据建立，但由于测高数据受近海岸陆地和南北两极海冰影响，部分数据丢失，导致近海岸及两极海潮模型精度不足，难而满足现今全球对海潮的需要。本项目主要通过测高雷达波形重跟踪技术，采用最新的数据处理及校正策略，联合ICESat激光测高，为近海岸及两极获得更多数据，分析现今海潮关键问题，这包括(1)改善近海岸和两极分潮；(2)研究海潮与气候变化的相互影响。随着两极海冰融化，两极海潮会否因季节转变而产生变化，是值得研讨的科学问题，通过量化季节性海潮，证明季节性海潮建模的必要；18.6年月球交点运动及其周期调节潮汐是引起气候变化其一原因，从两种潮汐分析方法，计算其分潮及误差，分析其空间特征，量化其在气候变化的比重及其对海平面上升的影响。

海洋潮汐(海潮)是全球海面变化的主要因素，海潮对于海洋建模、地球卫星精密定轨、全球气候及海平面变化等研究有着重要的科学和社会意义。目前的全球海潮模型，主要联合多源卫星测高数据建立，但由于测高数据受近海岸陆地和南北两极海冰影响，部分数据丢失，导致近海岸及两极海潮模型精度不足，难而满足现今全球对海潮的需要。本项目主要联合各国海潮专家分工合作，通过对地, 空间, 卫星大地测量相关数据手段 (即重力仪、GPS、卫星激光测距（SLR）、卫星测高、卫星重力(GRACE)) 及验潮站和海洋流速仪等实测，评估了近代全球海潮模型误差，(1) 总结验潮站观测和最好模型 (包括纯动力学模型、同化模型和经验模型) 之间的8个主要分潮在深海、近海和沿海的准确度分别为0.9、5.0 和6.5厘米；由于高纬度地区高质量验潮站的缺乏，因此基于卫星激光测距（SLR）和卫星重力(GRACE)建立了新的评估方法，为两极海潮季节变化的反演、建模与评估提供新的基础思路；（2）亦提出了海潮模型建模的时空分离定权法，通过测高雷达波形重跟踪技术，把时空数据作出有效的融合；(3) 提出了近海河口测高数据修正技术研究的新思路，采用最新的数据处理及校正策略，结合测高数据里的海平面高的粗糙因子(即AGCKU10)和大气正压 (即Inverted Barometer) 作改正，或温度植被干旱指数（TVDI）和帕尔默干旱指数（PDSI）和ENSO 气候指数，可获得较好的近海水位数据，为实现独立测高资料检索软件系统作出提高精度的贡献；（4）基于GPS的垂直位移时间序列，反演因水文负荷导致区域性等效水高的变化，与GRACE等效水高结果一致，为国际前缘的结果之一，为更有效评估近岸海潮负荷的残差，去除地表负荷信号（如地下水、土壤水）、潮汐负荷、环境负荷等地表水信息做出贡献。