联合卫星高度计产品与站点验潮数据的风暴潮活动强度检测与时空融合方法
文献类型：学位论文
| 作者 | 马培培 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 李国胜 |
| 关键词 | 卫星高度计 验潮站数据 风暴潮强度 时空融合方法 地理加权回归 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 中国东南沿海地区是风暴潮灾害的重灾区，尤其是在风暴潮发生频次、伤亡人数以及直接经济损失等方面，灾害危险性及受灾程度明显高于北部沿海地区。近些年来风暴潮灾害造成的损失日益严重，已经成为我国最严重的海洋灾害，极大地威胁了我国沿海地区经济社会发展。目前，现有的风暴潮活动监测手段远不能满足其时空变化分析的需求，因为不管是站点观测、卫星高度计监测还是数值模拟，都不能同时在时间分辨率、空间分辨率以及时间序列覆盖方面完全满足。验潮站点的时间分辨率高，时间序列长，但空间覆盖不足；以DT12018 SLA为代表的卫星高度计海面高度异常数据集（SeaLevel Anomaly,SLA）具有高时空分辨率，空间监测覆盖完整，弥补了验潮站点数据对空间监测不足的缺陷，但SLA入的网格数值代表的是24小时海面高度异常的“平均状态”，而非当日最大高度异常值，无法准确地反映风暴潮活动的强度，从而影响了风暴潮灾害的监测与预报研究。因此，我们的研究从最大海面高度异常值的角度出发来检测风暴潮活动的强度。为了得到高精度的日最大海面高度异常值，论文中我们结合验潮站点和卫星高度计数据的优势，使用地理加权回归方法(Geographicallyweightedregression,GWR)建立两者之间的时空融合模型，实现站点验潮数据与卫星高度计海面高度异常数据之间的时空映射与高度转换，同时利用地理差异分析(Geographical Differential Analysis,GDA)方法进行校正，得到高精度的逐日最大海面高度异常数据集，用于中国东南沿海地区的风暴潮活动强度检测与分析。主要工作与结论如下： (1)建立了基于验潮站点的风暴潮活动强度检测方法，并分析了1975-1997年中国东南沿海地区风暴潮活动强度的时空分布特征：1)利用拉伊达准则(Pauta Criterion,PC)、肖维勒准则(Chauvenet Criterion,CC)、帕累托分布(Parote Distribution,PD)和峰度系数法(Kurtosis Coefficient,KC)等4种异常值检测方法，从中国东南沿海的14个标准验潮站和74个沿海水文站逐小时余水位数据中检测风暴潮事件；创新性地引入了深度学习目标检测的评价指标，用于评价4种方法对风暴潮事件的综合检测能力；为基于站点数据的风暴潮检测提供了依据。2)通过频次、持续时间和综合强度等3个指标定量分析了1975-1997年间中国沿海的历史风暴活动强度的时空分布，发现中国沿海的风暴潮数量、持续时间和综合强度有明显的季节性变化规律〔6-11月份较强，其他月份较弱〕以及相当大的年际变化〔1980s末期和1990s初期较强，其他年份相对较弱〕。 (2)构建了全局时空映射模型（Globalspatiotemporalmappingmodel,GSMM），实现了站点与卫星高度计数据的时空融合，并对融合结果进行了精度验证与分析。1)基于站点的风暴增水统计关系，采用地理加权回归(GWR)方法，构建覆盖整个中国东南沿海、时空完整统一的“全局时空映射模型”(GSMM)；2)将卫星高度计全球尺度SLA调整到中国东南沿海的区域尺度SLA(Adjusted SLA)；3〕应用GSMM实现了站点验潮数据与AdjustedSLA之间的时空映射与高度转换，得到中国东南沿海的逐日逐网格最大海面高度异常数据集(GSMM_SLA_Max); 4〕利用GDA校正方法对其进行校正，得到校正后的逐日逐网格最大海面高度异常SLA数据集(GDA_GSMM_SLA_Max),从而体现出近海地形对增水高度的作用。5〕利用未参与全局时空映射模型（GSMM)构建以及GDA校正的站点实测日最大风暴增水数据，对AdjustedSLA数据、GSMM_SLA_Max以及GDA_GSMM_SLA_Max三种逐日逐网格最大风暴增水数据进行精度验证和分析，结果表明，GDA_GSMM_SLA_Max虽然对风暴潮活动的风暴增水极大值存在低估现象，但与实测数据的之间的相关性和精度都有显著提高。 (3)构建了1993-2019年间中国东南沿海风暴潮事件活动强度时空数据集并分析了1993-2019年间的风暴潮活动强度的时空分布特征。首先统计了1993-2019年发生的历次风暴潮事件及持续时间，然后利用阈值检测方法从AdjustedSLA数据中得到其影响范围，最后结合GDA_GSMM_SLA_Max数据集得到中国东南沿海风暴潮事件活动强度（最大风暴潮增水、持续时间、影响范围）时空数据集。分析发现中国东南沿海的台风风暴潮活动强度的时空分布特征与验潮站显示的趋势一致。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 191 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209319]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马培培. 联合卫星高度计产品与站点验潮数据的风暴潮活动强度检测与时空融合方法[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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