[发明专利]有限水深下溢油海面的仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于微波海洋遥感技术领域，具体涉及一种有限水深下溢油海面的仿真方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR，synthetic aperture radar)作为一种全天时、全天候和高分辨率微波遥感技术得到了快速发展，在海面溢油监测方面已发挥了积极的作用。高虚警率问题一直是SAR海面溢油监测系统的难点，尽管已提出了许多种SAR溢油识别方法，但该问题仍未得到彻底的解决。溢油海面的仿真是SAR溢油监测系统的一个重要环节，将对SAR溢油识别方法的研究起到一定的促进作用，从而可改进SAR溢油识别的准确率。

溢油海面的仿真主要涉及两个过程：一是海面的建模，大致可分为物理模型和几何模型两种方法；物理模型是以流体力学方程为基础，建立了深水表面波理论、小振幅波理论以及有限振幅波理论；通常采用数值方法求解，需要做稳定性分析，该方法模拟的海面逼真度较好，符合实际海面的运动，但它具有计算量大、效率低等缺点。几何模型是通过对常见的几何曲线(如三角函数、样条函数)进行拟合来表示海面，其中，Fourier法是用不同频率、幅度及相位的三角函数的线性组合来表示海面。由于其Fourier系数与海浪谱之间有明确的物理关系，因此，基于经验海浪谱法仿真海面在微波海洋遥感中广泛采用，经验海浪谱模型有Neumann海浪谱、Bretschneider海浪谱、Phillips海浪谱、Pierson-Moskowitz海浪谱、Fung&Lee海浪谱以及JONSWAP海浪谱等。二是油污与海面的相互作用，油污会导致风与海面之间的摩擦力减小，因此，溢油海面的短重力波和毛细波将受到抑制和衰减。研究表明，溢油海面的海浪谱与清洁海面的海浪谱在高波数区域有明显的区别，在此基础上，建立了Marangoni理论。

海面溢油一旦发生，油污会随着海浪、风、海流等向着近海岸传播和扩散，此时，就需要考虑浅海地形或者水深对海面的影响。Franceschetti等在仿真SAR溢油海面原始信号时，采用了基于海浪谱和Marangoni理论的方法计算溢油海面，在该文中未考虑到海底地形或者水深的影响，因此，它不适合于近海岸的溢油情况(G.Franceschetti，A.Iodice，D.Riccio.SAR Raw Signal Simulaion of Oil Slicks in Ocean Environments.IEEE Trans.Geosci.Remote Sensing，2002，40(9)：1935-1949)。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种有限水深下溢油海面的仿真方法。该方法结合不同的海浪参数、溢油参数及水深，可得到适合于有限水深下溢油海面的铅直位移。本发明适用于近海岸微波海洋遥感中的溢油海面仿真。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明的有限水深下溢油海面的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、根据海洋环境参数，计算清洁海面的JONSWAP频域海浪谱S(ω)：