高频地波雷达观测的南黄海辐射沙脊群夏季表层流场_徐粲
第５０卷 第５期２０１４年９月
南京大学学报（自然科学）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ
ＮＡＮＪＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ
ＳＣＩＥＮＣＥＳ）Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．５
Ｓｅｐ
ｔ．，２０１４基金项目：国家重大科学研究计划（２０
１３ＣＢ９５６５０２），海洋公益性行业科研专项经费（２０１００５０１２，２０１００５００６），国家自然科学基金（４０８７６０３１，４１３７６０４４），国家高技术研究发展计划（２０
１２ＡＡ０９１７０１）收稿日期：２０
１４－０６－１０＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｐｗａｎｇ＠ｎｊ
ｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．１３２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｎｊ
ｕ．２０１４．０５．００８高频地波雷达观测的南黄海辐射沙脊群夏季表层流场
徐 粲１，
汪亚平１＊，高建华１，李 炎２，高 抒１，钟耀照２，张继才１，３
，吴雄斌４，周 涛５（１．
南京大学地理与海洋科学学院，南京，２１００９３；２．福建省海陆界面生态环境重点实验室，厦门大学环境科学研究中心，厦门，３６１００５；
３．浙江大学海洋学院，舟山，３１６０２１；４．武汉大学电子信息学院空间物理系，武汉，４３００７２；
５．中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京，２１０００３
）摘 要：利用２０１１年７月的高频地波雷达观测与现场同步常规观测资料和卫星风场资料，分析南黄海辐射沙脊群夏季表层余流特征．结果表明，南黄海辐射沙脊群近岸海域的表层余流向海辐散，外围海域的夏季表层余流向北．南黄海辐射沙脊群近岸海域表层余流的辐散格局主要受潮波与沙脊群水下地形的相互作用影响，外围海域夏季的北向表层余流格局主要受风场的控制．高频地波雷达观测的余流场为南黄海西部夏季浒苔迁移和平面分布的解释提供了佐证．
关键词：高频地波雷达，余 流，辐射沙脊群，北向流，浒 苔
ＨＦ
Ｒａｄａｒ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｓｕｍｍｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｉｅｌｄ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌｓａｎｄ ｒｉｄｇ
ｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｙｅｌｌｏｗ ＳｅａＸｕ Ｃａｎ１，Ｗａｎｇ Ｙａｐｉｎｇ１＊，Ｇａｏ Ｊｉａｎｈｕａ１，Ｌｉ Ｙａｎ２，Ｇａｏ Ｓｈｕ１，Ｚｈｏｎｇ
Ｙａｏｚｈａｏ２
，Ｚｈａｎｇ
Ｊｉｃａｉ １，３，Ｗｕ Ｘｉｏｎｇｂｉｎ４，Ｚｈｏｕ Ｔａｏ５
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００９３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏａｓｔａｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，Ｘｉａｍｅｎ，３６１００５，Ｃｈｉｎａ；３．Ｏｃｅａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ，３１６０２１，Ｃｈｉｎａ；４．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，Ｗｕｈａｎ，４３００７２，Ｃｈｉｎａ；５．Ｔｈｅ ７２４Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｒｆａｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｉｅｌｄ ｏｖｅｒ ｒａｄｉａｌ ｓａｎｄ ｒｉｄｇｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ Ｙｅｌｌｏｗ Ｓｅａ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌ－ｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈｏｒｅ－ｂａｓｅｄ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｄａｒ ａｎｄ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ（ＡＤＣＰ）ｉｎ Ｊｕｌｙ
２０１１ａｎｄ ｔｈｅ ＱＳＣＡＴ ｗｉｎｄ ｄａｔａ．Ｉｎ ｎｅａｒ－ｓｈｏｒｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｓ ｒａｄｉａｌｌｙ ｏｆｆｓｈｏｒｅ；ｉｎ ｆａｒ－ｓｈｏｒｅ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｓ ｎｏｒｔｈｗａｒｄ．Ｉｎ ｆａｒ－ｓｈｏｒｅ ｄｅｅｐ ｗａｔｅｒ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｔｅｒｎ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅｗｉｎｄ，ｗｈｉｌｅ ｉｎ ｎｅａｒ－ｓｈｏｒｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｔｅｒｎ ｗａｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ
第５期徐 粲等：高频地波雷达观测的南黄海辐射沙脊群夏季表层流场
ｂａｔｈｙｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｔｉｄｅ ｗａｖｅｓ．Ｔｈｅ ＨＦ Ｒａｄａｒ ｓｕｒｖｅｙ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｒｅｎｄｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｕｐｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ａｌｇａｅ ｅｎｔｅｒｏｍｏｒｐｈａ ｐｒｏｌｉｆｅｒａ ｃａｍｅ ｆｒｏｍ Ｊｉａｎｇｓｕ ｃｏａｓｔ ａｎｄ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｅｘ－ｐａｎｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｙｅｌｌｏｗ Ｓｅａ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｄａｒ，ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｒａｄｉａｌ ｓａｎｄ ｒｉｄｇｅ ｆｉｅｌｄ，ｎｏｒｔｈｗａｒｄ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｅｎｔｅｒｏｍｏｒｐｈａ ｐｒｏｌｉｆｅｒａ
２００８年夏季奥帆比赛前期青岛近海浒苔绿潮爆发，而后几年又连续爆发，经媒体反复报道后引起了广泛的社会关注．当地的海洋生物学者通过生物学调查和分子系统学的方法进行分析，认为黄海浒苔来自江苏沿岸水产养殖区［１～３］、江苏辐射沙洲［４，５］或是长江口水域［６～８］．关于浒苔溯源方面的讨论，进一步引发了人们对江苏沿岸夏季流场的特别关注［６，９，１０］．Ｙｅ等［９］、唐启升等［１１］、Ｌｉｕ等［１］、Ｘｉｎｇ等［１２］和Ｄｉｎｇ等［１３］利用卫星图像研究浒苔漂移路径，并结合风场和模拟流场，认为浒苔是在风场和流场的作用下由黄海南部向北部缓慢漂移，逐渐靠近山东半岛南岸附近海域．乔方利等［１４］利用中国近海三维海浪－潮流－环流耦合数值模式，对风场和表层海流场共同作用下２００８年夏季黄海浒苔的漂移路径进行研究后发现，青岛近海浒苔的上游海域是黄海西南部［１１］．虽然不同学者研究结论不太一致，但均认为浒苔来自江苏沿岸海域．然而，这些研究都缺失了将浒苔由江苏沿岸海域运移到北部的主要动力机制———江苏沿岸夏季表层北向流场结构的观测证据．
江苏海岸线北起苏鲁交界的绣针河口，南至长江北口的启东咀［１５］，近岸海域包括海州湾、废黄河口、辐射沙脊群与长江北口外海域．南黄海辐射沙脊群地处南黄海西侧海域，在岸滩的外边缘分布着众多的辐射状沙脊和深槽，规模巨大，形态特殊，地质地貌复杂多变，动力环境相对复杂，在国内外都是少见的，历来备受众多学者的重视［１６～２０］．余流指从实测海流中剔除周期性流以后的水体流动，对海水中悬浮物质和可溶性物质的输运、稀释及扩散等都起十分重要的作用．前人已对该海域余流做了大量研究，其方法主要有现场观测和数值模拟两种．根据温盐和漂流瓶观测成果，日本学者Ｕｄａ Ｍ［２１，２２］在２０世纪３０年代指出黄海海槽两侧存在两支向南运移的沿岸流，普遍被人们所接受．１９８７年，赵保仁［２３，２４］指出夏季黄海沿岸流主要是一支沿黄海冷水团南下的强流．而更靠近海岸的４０ｍ以浅沿岸流结构目前还没有定论，由于缺乏长时间序列的海流观测资料，一般认为该处海流受黄海环流控制，为南向流［２５～２８］．依靠直读式流速流向仪、声学多普勒流速剖面仪（ＡＤＣＰ）等现场观测主力设备，江苏沿岸海域也多次组织了小规模的潮周期尺度现场观测．吴德安等［２９］和陈冰［３０］分别计算分析了现场观测的流速数据，均发现该处海水运动比较复杂，但余流的方向大致均为指向岸方向．李鹏和秦渭华［３１］分析了在弶港附近海域ＡＤＣＰ观测的流速数据，发现其上层水体余流方向为西北向．刘志亮等［３２］通过分析南黄海辐射沙脊群的北向流动和局地风场之间的关系，认为南黄海辐射沙脊群海域在夏季很有可能存在一支流向比较稳定的北向流．
基于数值模型的南黄海流场研究成果比较丰富．Ｌｅｅ ａｎｄ Ｂｅａｒｄｓｌｅｙ［１８］模拟了黄海表层潮余流场，认为南黄海辐射沙脊群表层潮余流向北．汤毓祥和姚兰芳［３３，３４］利用二维数值模型模拟了南黄海潮流场，发现在苏北沿海弶港以南海域潮余流运动方向基本指向东北，在弶港以北至海州湾一带，余流似乎形成一顺时针方向运动．据林锡藩、刘光章［３５］和Ｌｉｕ等［１９］的研究，作为南黄海最显著的Ｍ２分潮，其夏季垂线平均潮余流在苏北沿岸是东北向的．Ｘｉｎｇ等［３６，３７］采用ＭＩＫＥ２１数值模型在二维数值模拟过程中综合考虑了潮汐、风、波浪和径流因素，认为该海域夏、冬季的余流场分布特征基本相似，余流流向指向南或东南，在近岸受地形影响较大；杜家笔［３８］采用Ｄｅｌｆｔ３Ｄ模型计算得到与Ｘｉｎｇ相似的结果．
·
３
０
６
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南京大学学报（自然科学）第５０卷
高频地波雷达是基于电磁波的Ｂｒａｇｇ散射
和多普勒频移原理探测表层海流［３９］
，历经数十年的发展，因其大范围、全天候的连续观测能力已成为近岸海洋环境监测与动力学研究的重要
手段［４０，４１］
．
为了获取江苏沿岸夏季表层流场结构的观测证据，本文基于２０１１年夏季一个月高频地波雷达观测获取的南黄海辐射沙脊群表层海流观测资料、同步的海域现场观测以及卫星风场资料，计算并分析其表层余流场特征．
１ 数据与方法
２０１１年７月３日—２０１１年８月５日在江苏海安北凌闸和如东太阳岛各布设一台ＯＳ
０８１Ｈ数字化高频地波雷达系统（图１），矢量流数据采样间隔为１０ｍ
ｉｎ，空间分辨率为０．
０１°，数据质量已得到了分析和验证［４２，４
３］．受天气、潮滩露干［
４４］
、雷达设备和无线电环境等条件影响，雷达的观测数据在时间上并不一定
连续，在空间上也不都完整［４５］
．
在高频地波雷达观测期间，在雷达覆盖区内设置了Ｓ１～Ｓ６和Ｓ１０～Ｓ１２共９个现场同步观测站位（图１与表１），进行２５ｈ全潮水文观测，采用船载式ＡＤ
ＣＰ测量流速和流向．雷达所反演的海面流速表征ｄ＝λ
／８π深度处（本文λ＝２６．８０ｍ，ｄ≈１．０７ｍ）的流速［４２，４
６］．实际观测时，ＡＤ
ＣＰ传感器探头具有一定的入水深度，而且探头前方存
在观测盲区，所以观测的第一层一般位于海面下（１．３０±０．５０）ｍ深度处，用这一层的流速与地波雷达的观测结果进行比对
．
图１ （ａ）研究区地理区位及（ｂ
）观测站位、高频地波雷达扇区示意图Ｆｉｇ．１ （ａ）Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｍａｐ
ｏｆ ｓｔｕｄｙ（ｂ）ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｏｎｓ表１ ＡＤＣＰ同步观测站位信息
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ＡＤＣＰ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
ｖａｌｕｅｓ站位观测时间＊
ＡＤＣＰ最上层
流速的水深（ｍ）
ＡＤＣＰ垂线平均
余流（ｍ·ｓ
－１）＊
＊ＡＤＣＰ最上层余
流（ｍ·ｓ
－１）＊
＊地波雷达表层余
流（ｍ·ｓ
－１）＊
＊Ｓ１ ７日２０：００－
８日２１：００ １．９０ ０．２３（２１１
）０．３２（２０２
）０．０６（２３３
）Ｓ２ ７日２２：００－
８日２３：００ ０．９９ ０．２２（２３５）０．３１（２３７）０．１５（１０４）Ｓ３
７日２１：３０－
８日２２：３０ １．８３ ０．１７（２３２）０．２７（２３０）０．１４（１０４）Ｓ４ ９日１１：３０－１０日１３：００
０．９８ ０．０９（７６）０．１０（５６）０．０７（９０）Ｓ５ ９日９：００－１０日１０：００ １．９０ ０．０３（２４９）０．０５（３１３）０．１０（３０６）Ｓ６
９日９：００－
１０日１０：００ １．７１ ０．０２（８）０．０５（２２）０．０４（３０４）Ｓ１０ １５日１９：３０－１６日２１：００ １．１１ ０．１４（２１１）０．２６（２１５）０．１６（３５０）Ｓ１１ １５日１８：３０－１６日２０：３０ １．８９ ０．１３（５３）０．１３（６０）０．０５（２５）Ｓ１２ １５日１８：００－
１６日１９：３０ １．６９
０．０６（１１０
）０．０９（１４５
）０．０６（４８
） ＊：
观测均在２０１１年７月进行；＊＊：
括号内数值表示矢量方向，单位为（°），０°指向正北方向·
４０６·
第５期徐 粲等：高频地波雷达观测的南黄海辐射沙脊群夏季表层流场
文中风场引用的是ＮＡＳＡ提供的Ｑｕｉｋ－ＳＣＡＴ的Ｌ３级，距海面１０ｍ高处，时间分辨率为１天，空间分辨率为０．２５°×０．２５°的网格化数据．选取研究区域及其外围的数据进行相应的时间平均处理，得到研究月的逐周风场和月平均风场．
余流是海流ｕ在一个或多个潮周期内的时间平均值，对于地波雷达和ＡＤＣＰ观测的表层海流，表层余流的计算方法是：
＜
ｕ＞＝１ｎＴ
∫ｎＴ
０
ｕｄ
ｔ（１
）式中尖括号表示ｎ个潮周期内的时间平均；Ｔ表示潮周期，由于本海区为正规半日潮类
型［４７］
，因此取１２．５
０ｈ．对于ＡＤＣＰ观测的剖面海流，得到的是垂线平均余流：＜
珔ｕ＞＝１ｎＴ
∫ｎＴ
０
１ｈ∫ｈ
０ｕｄ（）
ｚ ｄｔ（２
）式中上划线表示垂线平均，ｈ为水深．
２ 结果与分析
２．１ 地波雷达和ＡＤＣＰ观测结果对比 对地波雷达观测结果影响最大的是海底地形因素．南黄海辐射沙脊群分布着大大小小７０多条沙脊，其间有众多的潮流通道
［１５］
，动力环境极为
复杂，而且浅水海域高频地波雷达反演海表流速的误差远大于深水区域，在以往，浅滩等近岸浅水海域通常为商用高频地波雷达系统缺省设置为海面流场探测盲区
［４２，４３］
，地波雷达和ＡＤ－
ＣＰ观测结果对比实验，
有助于判断高频地波雷达观测数据在近岸浅滩的适用情况．
在ＡＤＣＰ现场同步观测站位中（表１）选择观测最上层水深与地波雷达观测水层深度（由前述已知ｄ≈１．０７ｍ）最接近的Ｓ２、Ｓ４和Ｓ１０站，对比这三个站位地波雷达和ＡＤＣＰ观测的流速时间序列以及同步的水位变化（图２）．地波雷达和ＡＤ
ＣＰ观测的流速序列在流向上存在一定差异，Ｓ１０站涨潮期间地波雷达观测的流速偏小，但是总的来看，两者结果较一致，地波雷达观测的表层流场可用于该区域趋势性上的研究分析
．
图２ （ａ）Ｓ２站、（ｂ）Ｓ４站和（ｃ）Ｓ１０站地波雷达和ＡＤＣＰ观测的表层流速时间序列对比
Ｆｉｇ．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｉｍｅ－ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ
ｖｅｃｔｏｒｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ
ＨＦ Ｒａｄａｒ ａｎｄ ＡＤＣＰ（ａ，ｂ ａｎｄ ｃ）表１列出了分别由ＡＤＣＰ和地波雷达系统同步观测得到的Ｓ１～Ｓ６和Ｓ１０～Ｓ１２共９个站位的余流．ＡＤＣＰ观测的最上层余流大于垂线平均余流，方向上也存在一定的差异，基本
符合Ｅｋ
ｍａｎ［４８］和Ｓｔｏｍｍｅｌ［４９］
的海洋表层风生海流理论．对比地波雷达观测表层余流与ＡＤ－
ＣＰ观测最上层余流，
地波雷达观测的余流值总体偏小（偏移０．０８ｍ·ｓ－１
，标准差０．０９ｍ·ｓ－１
）；但是，ＡＤＣＰ观测最上层余流方向比
地波雷达观测表层余流方向相对右旋（角度偏转３１°，标准差为８３°），符合上述海洋表层风生海流理论中的Ｅｋｍａｎ螺旋特征．地波雷达表层余流观测水层多位于ＡＤＣＰ最上层余流观测水层之上，更适于研究推动浒苔等表层漂浮物漂移的近表层流场趋势．
·
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南京大学学报（自然科学）第５０卷
２．２ 地波雷达观测的月平均表层余流场 图３和图４分别为２０１１年７月３日～２０１１年８月５日南黄海辐射沙脊群月平均表层余流场和风场．以月为积分时间尺度的余流计算可滤除两个大小潮周期的影响，更能反映真实的夏季表层余流场．由图３可见，在南黄海辐射沙脊群近岸，表层余流场由陆向海呈辐散状分布，与辐射沙脊群潮流通道的地形分布一致，余流量值较小；而离岸较远、水深较大的外围海域表层余流均指向偏北方向，相对于风场（图４）不同程度向右偏转，余流量值较大．显然，２０１１年夏季的南黄海辐射沙脊群月平均表层余流场，可以将浒苔一类漂浮物质从辐射沙脊群核心的近岸海域送到远岸海域，加入外围的江苏沿岸夏季表层北向流场，向黄海中部迁移，与运用卫星图
像序列［
１，９，１３］
和海浪－潮流－环流耦合数值模式［
１４］
所揭示的浒苔漂移路径基本符合
．图３ 地波雷达观测的月平均表层余流场
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｍｏｎｔｈｌｙ
ａｖｅｒａｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｉｅｌ
ｄ红框内区域为地波雷达观测区域
图４ ２０１１年７月３日～２０１１年８月５日平均风场Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｍｏｎｔｈｌｙ
ａｖｅｒａｇｅ ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄ（Ｊｕｌｙ－Ａｕｇｕｓｔ，２０１１）３ 讨 论
根据空间分布结构特征，图５所表述的南黄海辐射沙脊群夏季表层余流场格局受到水下地形和海面风场的共同影响，近岸浅水海域表现出更多的水下地形特征，远岸深水海域表现出更多的风生流特征．为了判断其影响机制，将２０１１年７月３日—２０１１年８月５日的时间序列分为４个周尺度的统计时段，即两个大潮—小潮时段和小潮－大潮时段，分别统计各时段地波雷达观测平均表层余流场（图５）和卫星观测平均海面风场（图６）．３．１ 潮余流的影响 苏北沿岸入海径流较小，
对余流格局影响较小；受到潮波与水下地形相互作用的明显影响，近岸海域的余流基本沿辐射沙脊群潮流通道向海流动（表１）．图５给出了２０１１年７月各时段平均表层余流场，近岸余流较小，一般为
０．２０ｍ·ｓ－１左右，部分区域小于０．
１０ｍ·ｓ－１
；离岸越远，余流越大．对比近岸海域各时段余流场，
２０
１１年７月两个大潮—小潮时段（图５ａ／５ｃ）的平均表层余流场量值小且流向多变；２０１１年７月两个小潮—大潮时段（图５ｂ／５ｄ）的平均表层余流场量值稳定，流向格局接近月平均表层余流场，由陆向海呈辐散状分布，与辐射沙脊群潮流通道地形分布基本一致．显然，小潮—大潮时段的平均表层余流场对沿潮流通道地形向外围海域辐散的近岸海域月平均表层余流场具有明显影响．
近岸浅滩的平均水位变化是入射潮波的函数．从外海进入潮波在浅滩前缘激烈变形，局域出现集中耗散或减水，接着在近岸浅滩出现增
水［５０］
．
大潮—小潮—大潮的周期循环导致近岸浅滩水位和余流场也周期变化，周期约为两
周［５１］
．
小潮—大潮时段是入射潮波能量递增阶段，水体以Ｓｔｏｋｅｓ漂流形式向近岸海域集聚，近岸浅滩出现明显的净增水，结果近岸浅滩与浅滩前缘的平均水位梯度加大，强化了沿辐射沙脊群潮流通道地形向外围海域辐散的近岸海域表层潮余流场．大潮—小潮时段是入射潮波
能量递减阶段，水体以Ｓｔｏｋｅｓ漂流形式向外围海域辐散，近岸浅滩与浅滩前缘之间的平均水位梯度降低，近岸海域表层潮余流场相应弱化．
·
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第５期徐 粲等：
高频地波雷达观测的南黄海辐射沙脊群夏季表层流场
图５ 地波雷达观测的周平均表层余流场
Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｗｅｅｋｌｙ
ａｖｅｒａｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｉｅｌ
ｄ红框内区域为地波雷达观测区域
图６ 周平均风场
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｗｅｅｋｌｙ
ａｖｅｒａｇｅ ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄ·
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南京大学学报（自然科学）第５０卷
３．２ 风场的影响 南黄海辐射沙脊群海域夏季主要受东亚季风影响，盛行南到东南风［５２］．南黄海辐射沙脊群外围海域与长江口相邻，长江河口入海径流量很大，低密度的河口羽流在海面风场的作用下摆荡，对余流格局影响较大．图６给出的２０１１年７月各时段平均风场．２０１１年７月第１个大潮—小潮时段（图６ａ）和第２个小潮—大潮时段（图６ｄ）的风场结构相近，均由外围海域的南风逐渐过渡到近岸海域的东南风，但第２个小潮－大潮时段的风速较大．与其对应，两个时段的外围海域均出现一股由长江口（启东咀）北上或往北北西方向的余流通道，其中第２个小潮—大潮时段（图５ｄ）的流速和流幅均明显增强，表层流场的方向相对风向存在一定角度的右偏，这种右偏是科氏力造成的，符合Ｅｋｍａｎ［４８］和Ｓｔｏｍｍｅｌ［４９］的海洋表层风生海流理论．２０１１年７月第１个小潮—大潮时段（图６ｂ）和第２个大潮—小潮时段（图６ｃ）的风场结构相近，外围海域风向东南，近岸海域风向转东东南风．与其对应，两个时段的外围海域余流虽也存在北向分量，但流速与流路稳定性均弱于其他两个时段．
夏季的长江河口羽流在东亚季风作用下北向延伸，并伴随着东向的Ｅｋｍａｎ漂移，其西侧近岸海域成为离岸流发育的减水区．该效应又进一步强化了沿潮流通道地形向外围海域辐散的近岸海域潮余流场．由此可知，南黄海辐射沙脊群近岸海域表层余流的辐散格局主要受潮波与沙脊群水下地形的相互作用影响，南黄海辐射沙脊群外围海域夏季的北向表层余流格局主要受风场的控制．南风盛行的小潮—大潮阶段是将南黄海辐射沙脊群近岸海域漂浮物带到北部沿岸海域的最佳窗口．
４ 结 论
本文利用北凌闸—太阳岛高频地波雷达系统连续一个多月的观测资料和卫星风场资料分析了南黄海辐射沙脊群海域夏季表层海流，并与ＡＤＣＰ观测结果进行比测分析．南黄海辐射沙脊群近岸海域表层余流由陆向海辐散，与辐射沙脊群潮流通道水下地形分布相适应．受夏季盛行风场影响，南黄海辐射沙脊群外围海域出现北向表层余流控制格局．江苏沿岸夏季表层余流场有利于将浒苔一类漂浮物质由江苏沿岸海域运移到北部沿岸海域．
致 谢 感谢江苏省海安县海洋与渔业局、中洋集团海安特种水产养殖基地、大丰港务局、如东沿海经济开发区管理委员会等单位对联合观测试验的现场支持，武汉大学、厦门大学、中国船舶重工集团公司第七二四研究所、中南鹏力公司和南京大学参加南黄海辐射沙脊群高频地波雷达联合观测试验月的老师、学生和技术人员们的支持．
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浅谈雷达辐射信号分类识别与特征提取
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/2e18886682.html, 浅谈雷达辐射信号分类识别与特征提取 作者：李梓瑞 来源：《科技传播》2017年第03期 摘要为了研究雷达信号提取和分类识别问题，军事自动化控制和指挥系统的强烈需求是雷达辐射源的有效分类识别。在现代雷达体制下，针对复杂信号的低截获特性，提出了一种新的分类识别方法，以提高雷达辐射源信号的个体识别率。信号脉冲无意调制特征的信号各频带能量可以由小波包变换提取反应，通过泛化能力和学习能力都很强的混合核函数支持向量机进行分类识别并进行仿真。仿真结果证明，这样做有利于提高识别效率，证明其方法的有效性和可行性，且性能优于传统方法。 关键词雷达辐射信号；小波包；混合核函数；雷达辐射源；分类识别 中图分类号 TN95 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）180-0028-02 雷达最初是军事侦察的一种遥测系统，用于目标的检测、定位与测距。随着雷达技术的发展，它已广泛应用于生产生活的各个方面，尽管如此，如何从雷达提供的数据中识别所检测的目标一直没有解决。 在复杂多变的现代电子战对抗环境下，雷达辐射源信号识别不仅可以用于电子侦察，还可以作为判断敌方武器威胁的依据，在雷达对抗过程乃至整个电子战中都做出了巨大贡献。随着时代的发展，现代社会对于信号识别方法的要求越来越高，顺应时代发展与社会需求，研究并探讨脉内无意调制UMOP的特征，探索理恰当的信号识别方法。 现代战争中，雷达是取得军事优势的重要装备。雷达侦察作为雷达对抗的主要内容之一，在掌握敌方雷达类型、功能，甚至获知敌方兵种和武器部署中已成为各级指挥员的“眼睛”和“耳朵”。雷达辐射源信号的识别在雷达侦察信号处理系统中是最重要、最关键的环节。因此，现阶段衡量雷达对抗设备主要技术水平的重要标志就是识别雷达辐射源信号水平的高低。随着雷达的广泛应用和雷达电子对抗激烈程度的不断加剧，在高密度、高复杂波形、宽频谱捷变的雷达信号环境中，传统的雷达辐射源信号识别方法已无法满足现代社会的需要。因此，国内外各大学者就这一研究领域做了一系列系统深入的研究，其中绝大部分是对雷达辐射源的信号特征的研究，都在尝试探寻新的特征提取方法，期待着能发现新特征参数，从而弥补传统五参数（脉冲宽度、脉冲幅度、载频、脉冲到达时问、脉冲到达方向）的缺陷，目前提出的新特征已有数十种。但面对数量如此众多的雷达辐射源信号新特征，其效能如何，如何甑选是目前重要又迫切需要解决的一个难题。 雷达辐射源信号分选既是现代高技术战争以及未来信息化战争极为重要的环节，也是电子对抗、网络中心战中感知和多模复合制导当中被动雷达寻找器的关键技术，还是电子情报侦查系统以及电子支援系统当中的重要技术。现如今，雷达的低截获概率技术、多参数捷变以及脉
大气波导与微波超视距雷达
以大气电离层为“反射镜”，工作于高频(High Frequency, HF) 波段的OTH-B 天波超视距雷达的典型探测半径可达1800 海里(e.g. MD 空军的AN/FPS-118)，但天线阵体型过于庞大，尺度以千米计，无法安装于机动式武器-传感器平台(如水面战舰) 之上。
MD 海军AN/TPS-71 ROTHR (Relocatable Over-the-Horizon Radar) “可再部署型” 天波超视距雷达。 地波超视距雷达的典型探测半径为180 海里(绿色)，庞大的HF 天线阵同样无法应用于水面战舰等空间紧的机动平台。由于工作波长达数十米，高频超视距雷达的分辨率相当糟糕，且很难捕捉到小尺寸目标(如反舰导弹)。
高频超视距雷达的性能缺陷十分明显，空中预警平台成本则高昂，数量有限，且要伴随舰队长时间远洋活动须获得大型CATOBAR 航母的支持，舰载微波超视距雷达的吸引力不言而喻。无线电波在大气中传播的速度接近，但不等于其在真空中的传播速度。随着大气温度，湿度，压强的变化，无线电波传播速度相应改变，大气对无线电波的折射率也就发生变化。接近地球表面的大气折射率为 1.000250 至 1.000400，变化幅度看似微小，却足以引起无线电传播路径的弯曲。通常情况下大气折射率随着海拔升高而逐渐降低，造成无线电传播路径向下方弯曲(见上图)。理想大气条件下这一折射作用的效果是使雷达地平线/水天线的距离比光学地平线/水天线高出约1/6，但如果某一高度区间大气的温度和/或湿度迅速变化，则可导致其无线电传播路径的弯曲度超过地球曲率，令雷达波束折向地面/水面方向，从而实现超视距探索。 n = 大气折射率，数值为光速/大气中的无线电传播速度 p = 干燥空气压强 T = 大气绝对温度 es = 大气中的水蒸气分压 通常所谓利用大气散射实现微波雷达超视距探测的说法实际上是错误的。由大气构成不均一导致的对流散射(下) 虽能够有效地扩展微波通讯的覆盖半径，却因反射信号强度大幅度下降且传播路径无法确定而难以用于雷达探测(被动电子侦察手段却可利用散射信号推算发射源方位，不过这也是十分耗时费力的工作)。真正的微波超视距雷达所依赖的，是由折射率迅速变化的气层提供的大气波导通道(上)。
高频地波雷达
一、简介 高频地波雷达(HF Surface Wave Radar，简称HFSWR)作为一种新兴的海洋监测技术，具有超视距、大范围、全天候以及低成本等优点，被认为是一种能实现对各国专属经济区(EEZ)监测进行有效监测的高科技手段。各临海发达国家均进行了研发投入，并实施了多年的对比验证和应用示范。 高频地波雷达利用短波（3～30MHz）在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，作用距离可达300km以上。同时，高频地波雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。 高频地波超视距雷达的工作原理（R1为视距，R2为雷达作用距离） 在军事应用领域，地波超视距雷达的工作波长和电波传播特性决定其具有独特的性能优势（相对于微波雷达而言）：（1）作用距离远（300～400km）；（2）极强的反隐身能力；（3）抗低空突防；（4）抗反辐射导弹，等等。 在海洋环境监测领域，地波超视距雷达具有覆盖范围大、全天候、实时性好、功能多、性价比高等特点，在气象预报、防灾减灾、航运、
渔业、污染监测、资源开发、海上救援、海洋工程、海洋科学研究等方面有广泛的应用前景。 高频地波雷达应用示意图 由于其独特的性能优势及应用前景，许多临海发达国家竞相研制、购臵和部署地波超视距雷达，以抵御现代战争的威胁并满足海洋开发与研究的需要。美国、俄罗斯、英国、加拿大、德国、法国、澳大利亚、日本和新加坡等都研制过或正在发展高频地波超视距雷达，其中典型代表有加拿大的SWR-503系统、美国的Seasonde系统和德国的WERA系统等。
高频地波雷达
高频地波雷达简介 https://www.wendangku.net/doc/2e18886682.html,/home.php?mod=space&uid=39338&do=blog&view=m e&from=space&page=1 一、概述 高频地波雷达(HF Surface Wave Radar，简称HFSWR)作为一种新兴的海洋监测技术，具有超视距、大范围、全天候以及低成本等优点，被认为是一种能实现对各国专属经济区(EEZ)监测进行有效监测的高科技手段。各临海发达国家均进行了研发投入，并实施了多年的对比验证和应用示范。 高频地波雷达利用短波（3～30MHz）在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线(所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。)辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，作用距离可达300km以上。同时，高频地波雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。 高频地波超视距雷达的工作原理（R1为视距，R2为雷达作用距离） 在军事应用领域，地波超视距雷达的工作波长和电波传播特性决定其具有独特的性能优势（相对于微波雷达而言）：（1）作用距离远（300～400km）；（2）极强的反隐身能力；（3）抗低空突防；（4）抗反辐射导弹，等等。 在海洋环境监测领域，地波超视距雷达具有覆盖范围大、全天候、实时性好、功能多、性价比高等特点，在气象预报、防灾减灾、航运、渔业、污染监测、资源开发、海上救援、海洋工程、海洋科学研究等方面有广泛的应用前景。
超视距雷达
超视距雷达 背景资料：超视距雷达(OTH)，也称为超地平线雷达。它利用电磁波在电离层与地面之间的反射或电磁波在地球表面的绕射来探测目标。OTH雷达一般工作在短波波段，工作频率为3～30MHz。这种雷达最重要的优点是不受地球曲率的限制，从电离层（高度80～360km）到地（海）表面全高度地探测空中（飞机、导弹）和海面目标（各种舰船）。 该雷达探测距离远（800～3500km）、覆盖面积大（单部雷达60°方位扇区可达560万平方千米），具有天然抗低空突防、抗隐身飞行器、抗反辐射导弹等优点。它主要用于战略预警及远程战术警
戒情报雷达系统，能以最经济的手段，最高的效费比实现对境外远程目标的早期预警，使国土防空（海）的预警时间提高到小时量级。 目前，世界上拥有先进雷达技术的国家，如美国、俄罗斯、澳大利亚、英国、法国、日本等，都先后研制和部署了OTH雷达系统。 美国空军对东海岸超视距雷达AN/FPS-118的验证过程中，该雷达不仅能发现3335.4千米(1800海里)以外的巡航导弹，而且能在大部分时间跟踪它们。这些巡航导弹的RCS(雷达散射截面积)小于B-2轰炸机，但高于F-117A隐身战斗机。该超视距雷达还能跟踪波多黎各岛上空飞行的长度只有4.3m的私人飞机。 超视距雷达能探测远距离的舰船。ROTHR的试验结果表明，该雷达系统在一个特定的区域里对目标的探测和跟踪能力超过了海军的规定指标，它成功地跟踪了某一海域的25艘舰船中的24艘，而且对另一艘也能勉强跟踪。
苏联从1976年就研制出了OTH雷达，主要作用是作为第二层战略预警系统(预警卫星为第一层战略预警系统)。
高频雷达测距仿真
摘要 测量目标是雷达的基本任务之一。当雷达探测到目标后，就要对目标回波信号进行处理以便提取有关信息。本文基于高频地波超视距雷达，主要进行相位编码及复合相位编码雷达信号处理方面的研究。 雷达信号处理的主要内容包括最佳检测原理、匹配滤波及模糊函数。其中匹配滤波技术是雷达信号处理中的核心技术，它的应用几乎覆盖整个雷达领域，经常在雷达信号的处理中被频繁的应用。 基于相位编码信号具有易于工程实现和处理、不存在距离-多普勒耦合、可获得高的信号处理增益以及良好的抗干扰性能等优点，本文主要采用基于P4码的相位编码信号作为发射信号，并由此生成了模拟回波信号。之后对发射信号和回波信号进行相关运算即匹配滤波处理，仿真得出信号的距离信息。但相位编码信号不能很好的兼顾距离、速度分辨率、多普勒敏感等特性，所以本文在研究P4码信号的基础上结合基本相位编码信号的特点研究了脉内相位编码脉间准随机跳频信号与多载频相位编码信号等复合相位编码信号，主要进行发射信号和回波信号的设计，并通过匹配滤波处理仿真得出信号的距离信息。 关键词：相位编码信号；P4码；跳频信号；匹配滤波；多载频相位编码
Abstract To detect target is one of the basic tasks of radar.When the target is detected,it is time to process the echo signal in order to get correlative information.This thesismainly studies the processes ofphase-coded signal and hybrid phase-coded signal that base on aHigh Frequency Surface Wave Radar. Radarsignal processing includes prime detectiontheory,matched filtering and ambiguity function.Matchedfiltering is the key technic in radar signal processing,which covers almost every field of radar and applies in signal processing frequently. Phasecodedsignal has drawn attention due to a lot of advantages, such as easy to creat and process,nocoupling of distanc-doppler,high processing gain andanti-interference characteristic.In this paper, the waveform of radar signal with P4 code is designedaccording to the system parametersand the echo waveform of phase coded signalis given. Thencorrelation process in range of these two signals is made and the simulation result is given.Due to P4 code can not equipe all the advantages at the same time, the frequency hopping signal andthe multicarrier phase coded(MCPC)radar signal are studyed further more.Theparametersof signal aredesigned and the distance simulation result is given. Keywords phase coded signal;P4code;frequency hopping signal;matched filtering;multicarrier phase coded
基于多维联合的高频雷达杂波及干扰抑制方法研究
基于多维联合的高频雷达杂波及干扰抑制方法研究高频地波超视距雷达利用垂直极化电磁波能够沿海面绕射传播 的特点实现对海面目标及低空飞行目标的超视距探测。其工作在 3~30MHz的HF波段,使具有隐身设计的目标无所遁形。其探测距离远、范围广、可全天候工作的特点吸引了众多国家投入大量精力进行高频地波超视距雷达的研制工作。高频地波超视距雷达由于其自身体制的特点以及工作的频段十分拥挤,其面临的杂波及干扰背景是极其复杂的。因此高频地波超视距雷达中的杂波及干扰抑制方法一直是各国学者和科研人员研究的重点问题。本文针对高频地波超视距雷达,从杂波及干扰特性角度出发,致力于更深入的研究高频地波超视距雷达所面临的杂波及干扰的特点,提出了两种距离相关性分析方法:基于子 空间的距离相关性分析方法和基于压缩感知的距离相关性分析方法。其中基于子空间的距离相关性分析方法利用统计的协方差矩阵获得 杂波及干扰子空间,再利用杂波及干扰子空间分析距离相关性。由于该方法需要对数据进行统计,因此适用于统计特性强的杂波和干扰。基于压缩感知的距离相关性分析方法能够在单次快拍条件下,对杂波分量进行分离,进而依据各杂波分量之间的关系综合计算其距离相关性。本文利用基于压缩感知的距离相关性分析方法对实测的海杂波、电离层杂波、流星余迹进行了分析,同时比较了不同积累时间对杂波距离相关性的影响。通过对海杂波和电离层的空域分布特性的分析,将其归为方位扩展杂波,并根据其空域相关性提出了利用杂波的旁瓣信息来估计主瓣内杂波信息的方法。首先利用海杂波验证了该方法的
可行性,再通过对常见空域分布的仿真验证了该方法理论上的有效性,最后通过实测数据中的海杂波和电离层杂波进一步验证了该方法的 有效性。但是该方法在实用中对阵列幅相一致性要求很高,并且对于目标方位与波束指向存在偏差情况下的鲁棒性不强。针对上述问题,利用雷达信号处理理论中的空时等效性,提出了基于知识的方位扩展杂波抑制方法。依据目标检测原则和输出信杂比最大原则,提出了空域阻塞滤波器的设计准则,其主要思想是利用系统的参数和预检测到的最大目标能量,自适应的设计空域阻塞滤波器,从而达到提高鲁棒 性的目的对于分布复杂的电离层杂波,基于知识的方位扩展杂波抑制方法适用范围有限。因此本文基于对电离层杂波角度-多普勒频率二维谱分布特点的分析,提出了基于空时自适应处理方法的多维联合杂波及干扰抑制方法。传统的空时自适应信号处理方法由于其巨大的计算量和对复杂杂波背景适应性不强,因此无法直接应用于高频地波超视距雷达。本文比较了多种降维空时自适应处理方法,并结合对高频地波超视距雷达中的系统自由度和杂波自由度的分析,提出了多维联合处理方法中的局部处理单元大小的确定准则。结合第2章对杂波及干扰距离相关性的分析,针对平稳杂波及干扰、丰富样本条件下的非平稳杂波和有限数据样本的杂波提出了等权重对角加载法、门限选择法和变权重加载法,由它们共同构成一套多维联合杂波及干扰抑制方法,并用实测数据验证了以上方法的有效性以及其在阵列存在幅相误差和目标方位偏差影响下的鲁棒性。本文不仅从理论上提出了一系列杂波及干扰的特性分析方法和抑制方法,还从工程应用及实现角度提