基于可见光遥感数据的海洋内波垂向重构

由于由遥感图像反演海洋内波参数往往仅限于海洋表面纹理信息，或由内波剖面推导内波振幅，难以对

海洋内波是发生在海洋内部的波动[1]。在非线性和频散作用相平衡的情况下，其恢复力主要是重力与浮力的合力，常以内孤立波(Internal Solitary Wave)形式传播。内波的典型尺度为几米到百米左右，周期从几分钟到几天不等，典型的水平尺度从几米到数千米。海洋内波存在垂向波数[2]，根据内波控制方程，在其传播的深度范围内会有不同的内波模态。内波的垂向结构并不是单一的模态，是多个模态的组合结果，往往第一模态占主导，第二模态次之，第三、第四模态再次之。

内波的波长、波向等信息容易从SAR 图像中获得[3] [4]。另外，近几年很多低纬度可见光图像中也发现了海洋内波现象，这种内波现象往往在可见光图像太阳耀斑区。可见光图像内波成像机理与SAR 成像机理类似，都是由于内波区域海表的辐聚和辐散调制了海表粗糙度，从而引起SAR 后向散射系数的不同或可见光反射强度的不同。

内波振幅信息一直是内波参数反演的难点，可以用KdV 方程从SAR 图像估计内波的相速度和振幅[4]。从SAR 图像中得到内波基本参数的方法我们同样可以应用到可见光图像中。

本文基于可见光遥感图像反演内波波长、振幅、等内波特征参数，并将这些参数与海洋密度剖面资料相结合， 并据此求解内波垂向特征函数的前三个模态， 由于内波垂向模态中， 第一模态占主导地位[5]， 因此，可利用第一垂向模态函数，根据内波物理原理，通过数值的处理得到内波二维断面模型。内波垂向二维断面构造流程如图1 所示。

内波垂向二维断面构造的步骤为：对输入的CCD 图像进行处理，选取有内波存在的一个内波剖面， 对剖面数据进行信号提取，通过适当的滤波后获取CCD 图像中内波对信号起伏。此时，只能获取遥感CCD 数据所反映的内波海表信息，若想得到内波在水下的振幅或内波水下波动信息，必须有该区域的垂向密度剖面信息作为辅助。通过内波控制方程，得到内波海表信号起伏与内部振动之间的关系，从而反演海洋密度跃层处内波在海洋内部的振动和起伏情况，再根据内波垂向模态函数反演得到海洋内部内波的波动，构造内波垂向结构。

2. 数据准备 从数据处理流程来看，可见光图像信号起伏信息、内波振幅、内波垂向模态函数是构造内波二维断面的三个要素。下面将详细描述这三个要素获取方法。