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1、第27卷 第5期2010年10月海洋预报MARINE FORECASTSVol.27，No.5Oct.2010常用海洋数据资料简介李晓婷1，郑沛楠1，王建丰2，滕军1（1.解放军61741部队，北京，100081;2.中国海洋大学物理海洋实验室，山东 青岛，266100）摘要：本文介绍了物理海洋领域常用的各种数据资料，如地形数据（ETOPO），卫星遥感数据（AVHRR，Quick-SCAT，TOPEX/Poseidon，SAR，MODIS），观测和再分析数据（COADS，NCEP，EC-MWF），海洋模式数据（SODA，OFES），海洋调查数据（ARGO，WOCE，TOGA-COARE，CTD

2、，XBT）和全球验潮站数据（UHSLC）等。作者希望通过对这些数据资料的介绍，能对海洋科技工作者有所帮助。关键词：海洋数据；简介中图分类号：P732 文献标识码：A文章编号：1003-0239（2010）05-0081-09收稿日期：2010-01-05基金项目：国家基础研究规划项目(2005CB422303;2007CB411804)；高等学校引智计划(B07036)作者简介：郑沛楠（1981-），男，博士，研究方向为海洋环流。E-mail：1引言要开发和利用海洋，首先必须认识海洋。18721876 年英国“挑战者”号的环球航行考察，标志着现代海洋学研究的真正开始。在此之后的海洋学调查进入大

3、发展阶段：调查计划周密严谨，调查手段日益丰富，调查仪器和设备逐渐精良。第二次世界大战更是在某种程度上极大地推动了海洋科学的发展。二战之后，国际间政府和民间海洋科学组织相继成立，大大促进了海洋科学的国际合作调查研究。专职研究人员增多和专门研究机构的建立，也是海洋科学独立形成的重要标志。自上世纪50年代以来，现代海洋科学的发展势头迅猛。人类对海洋进行观测和调查，旨在掌握其运动规律以及探索其与气候间的内在联系。从刚开始的有限解析计算解和单船走航观测发展到数值计算解和多船多海域联合调查甚至到卫星遥感反演数据。数据资料涵盖全球海底地形数据、海洋遥感数据、船测数据、浮标资料、模式同化资料等诸多方面。如今，

4、用“浩如烟海”来形容海洋数据亦不为过。为了让广大海洋科技工作者能够快速有效的找到自己所需的数据资料，本文作者向大家介绍了目前国际常用的海洋数据资料的一些基本情况。2地形数据ETOP数据是当今海洋模式中最常用的水深岸界数据，尤其是为大尺度的数值模拟提供了比较可靠，可用的水深数据，给海洋数值模拟带来了很大方便。ETOPO5 地形数据的全称是 5-Minute GriddedGlobal Relief Data Collection（五分网格全球地形数据集），它是NOAA（美国国家海洋大气局）收集各方面资料，经过处理得到的网格化地形数据。ET-OPO5包含了一些网格化的全球地形数据和不同尺度的水深数

5、据，数字化的陆地岸界，网格化的重力异常场等数据。ETOPO5数据包含了630多兆的数据和程序，其中主要部分包含了：（1）WDB（世界数据库II），其中包含了海岸线数据，河流和湖泊，行政边界的数据。（2）ETOPO5 世界范围内海拔和水深的五分网海洋预报27卷格数据，它是16 bit的二进制数据。（3）USGS：分辨率为30的邻近美国的48个地区的海拔和沿岸水深数据，这部分数据来自于美国地质勘探和国家海洋服务数据（US GeologicalSurvey and National Ocean Service data）。（4）Public Software：有关的图像处理软件。2001 年 NOA

6、A 又推出了 ETOPO21，并且在2006年6月又公布了ETOPO2v2（2-Minute GriddedGlobal Relief Data），ETOPO2 和 ETOPO2v2 是在ETOPO5 的 基 础 上 发 展 起 来 的，它 包 含 了 纬度-90+90，经度-180+180 范围内分辨率为 2 的地形数据，对于美国附近海域的分辨率已经提高到 3。最新的ETOP数据是ETOPO1，ET-OPO12分辨率为1的全球地形模型，它包含了大陆的地势起伏和海洋中的水深数据，它是在众多全球和区域数据集的基础上建立起来的，并且加入了冰面的数据（包括南极和格陵兰岛的冰面）和岩基数据。现在ETO

7、PO2v2 和 ETOPO5 版本的地形数据虽然已经被ETOPO1所代替，但是它们还不乏经典，仍然可以下载使用。3卫星遥感资料自美国1978年6月22日发射世界上第一颗海洋卫星Seasat-A以后，俄罗斯、日本、法国和欧洲空间局等相继发射了一系列大型海洋卫星。这些卫星一般搭载有光学遥感器和被动式微波遥感器等多种海洋遥感有效负荷，可供全天候海况实时资料。基于航天事业的发展，卫星遥感资料的质量已经有了很大的提高，经常用于卫星进行遥感观测的传感器主要有：辐射计、散射计、卫星高度计和合成孔径雷达等。3.1辐射计资料辐射计（Radiometer）是一种根据被动遥感理论而制作的传感器，辐射计本身并不发射电

8、磁波，它通过接收地球表面的反射和散射的太阳光，以及地球、海洋、大气表面自身所发射的电磁波来反演提取地球表面信息的。它可以用来反演海水叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度以及海水光学衰减系数、大气的状况，以及海表面温度和海表面上空水汽含量等信息。常用的辐射计是AVHRR3（Ad-vangced Very High Resolution Radiometer），AVHRR是NOAA系列卫星的主要探测仪器，它是一种五光谱通道的扫描辐射仪，各光谱通道的波长范围及地面分辨率（见表1）。星上探测器扫描角为55.4，相当于探测地面2800 km宽的带状区域，两条轨道可以覆盖我国大部分国土，三条轨道可完全覆盖我国全部国土

9、。AVHRR的星下点分辨率为1.1 km。由于扫描角大，图像边缘部分变形较大，实际上最有用的部分在15范围内（15处地面分辨率为1.5 km），这个范围的成像周期为6 d。AVHRR可以用来观测反演地表植被覆盖情况、大气中雾的AVHRR/3 通道特征通道号123A3B45星下点分辨率（km）1.091.091.091.091.091.09波长（um）0.580.680.7251.001.581.643.553.9310.3011.3011.5012.50对应的波段绿-红近红外近红外热红外热红外热红外典型应用日间云图和冰雪、植被图水陆边界冰雪探测夜间云图和海表面温度夜间云图和海表面温度海表面温度

10、分布情况，以及海表温度分布等，反演的资料分辨率高、可信度强。3.2散射计资料散射计（scatterometer）是一种专门监测全球海表面风的主动微波雷达，使用卫星携带的散射计可获得全天候、高分辨率的全球海洋近表面风资料。散射计为一种斜视观测的主动式微波装置。美国宇航局于1999年6月发射Quick-SCAT（quickscatter satellite）卫星，其上携带了双幅侧扫描的Ku表1AVHRR波段特征（引自http:/noaasis.noaa.gov/NOAASIS/ml/avhrr.html）82李晓婷等：常用海洋数据资料简介5期波段散射计Seawinds，美国宇航局喷气推进实验室物理

11、海洋数据分发存档中心（PODAAC）4负责分发散射计Seawinds数据产品。借助于风的近实时卫星遥感数据，并利用大气及海洋数值预报模型，可以改进全球和近海天气预报，改进风暴预警和监测水平。散射计是以偏离星下点某一角度入射到海面的电磁波，透过布拉格共振波产生后向散射，量其后向散射能量而求得海面的粗糙度。此海面粗糙度与海面风速有关，因此利用散射计不同角度的天线所收到的海面后向散射能量而得出海面风速大小及方向。目前最常用的卫星散射计的资料是欧洲的ERS卫星及加拿大的RADARSAT卫星。ERS-1，全 称 为 European Space Agency RemoteSensing Satellit

12、e，即“欧洲空间局遥感卫星”，ERS-1 星载的主动微波遥感仪器（Active Micro-wave instrumentation），其中的AMI Wind Mode即散射计。散射计利用微波雷达的后向散射信号，可以确定平均海面雷达反射率。然后，使用经验模式反演出海平面风场特性，如海平面的风速大小、风向。为了消除散射计数据解译时的风向模糊，ERS-1卫星上的散射计采用前、中、后不同角度的三根单极化天线，工作频率使用C波段，5.3 GHz,三个天线分别从45、90和135三个方向上进行海面雷达后向散射截面的测量，刈幅为500 km。此资料包括了风速、风向等信息。风速范围124 m/s,误差精度

13、2 m/s,风向范围 0360，误差精度20。风场产品是一组分布在500 km500 km海域内1919个格点的风矢量，其空间分辨率为2525 km。在一个轨道周期内，可产生70个500 km500 km区域的产品。3.3卫星高度计资料高 度 计（Altimeter）可 以 实 现 对 有 效 波 高SWH、海表面高度SSH、海面地形等动力参数的测量，可以应用卫星高度计资料对大洋环流、海洋潮汐、中尺度海洋现象、大地水准面与重力异常、有效波高、海面风速、海冰、水深和ENSO等进行研究。我国神舟飞船携带的是激光高度计，国外卫星通常携带的是雷达高度计。最著名的高度计卫星是1992年8月，美国宇航局N

14、ASA与法国国家空间研究中心联合发射的TOPEX/Poseidon5。T/P卫星测量海平面高度的精度可以达到2.4 cm，平静海面条件的水平分辨率可以达到2.2 km，标准偏差在 14cm之间。T/P卫星通过携带6台传感器共同完成海面地形测量任务。2001年12月美国宇航局NASA与法国国家空间研究中心联合发射的Jason-1，是T/P卫星的后续卫星。经过仪器误差修正、轨道误差修正和地球物理修正（包括大气对流层修正、大气电离层修正、潮汐修正和大气逆压校正等）后，用户即可按照需要进行相关研究工作。Jason-1卫星的精度为3.0 cm，其他的指标与T/P卫星一致。1991年，欧洲空间局发射ERS

15、-1卫星，星上装有微波散射计、雷达高度计和微波辐射计等遥感器，主要目的是开展卫星测量海洋动力基本要素，为用户进行业务服务及为世界大洋合作研究项目提供业务服务参数（包括海面风场、大地水准面、海洋重力场、极地海冰面积、边界线、海况、风俗、海面温度和水气等）。高度计的测量精度为3 cm；辐射计测量海面温度精度为 5K。EN-VISAT-1（Environmental satellite）卫星是 ERS 卫星的后续星，2001年底发射，卫星上装有13.5 GHz/Ku波段的雷达高度计和用于电离层矫正的3.2 GHz/S波段的微波辐射计。它在平静海面条件下的水平分辨率比T/P卫星和Jason-1卫星都有

16、了较大的提高，达到了1.7 km。该星将进行为期5年的对大气海洋、陆地、冰的测量。该星测验数据连续，主要支持地球科学研究，并且可以对环境和气候的变化做出评估，甚至可以为军事、商业的应用提供便利。2007 年 10 月我国发射的首颗绕月探测卫星“嫦娥一号”，通过激光高度计获得了高分辨率的月球表面立体图像。3.4合成孔径雷达资料合成孔径雷达（SAR）6是一种主动式微波遥感成像雷达。迄今为止，已在一些发射的卫星上携有 SAR，如 Seasat SAR,Almaz SAR,JERS-1 SAR和ERS-1/2 SAR,与它们搭载在同一遥感平台上还装载着其他传感器。由于海表面粗糙度不同，其通过测量海面后向散射信号，并通过处理能产生标准化后向散射截面图像。标准化后向散射截面图像含带了海面83海洋预报27卷的信息，可以反映海面的粗糙度，这种遥感手段可以达到几米到几十米的分辨率。同时，由于合成孔径雷达工作的频段是微波波段，即使在黑夜，仪器也能正常工作。合成孔径雷达可以测量海表面风、内波、海浪的方向谱，还可以监测海冰的移动和海面的油膜，用途十分广泛。SAR的全天候、全天时及能穿透一些地物的成像特点，显示