文摘

陆基x波段雷达是用来观察河流羽流方面的Tenryu河口,日本。时间上雷达图像捕获方面扩展海外从河口明亮的条纹。对比卫星光学图像和雷达图像确认有条纹的特性在雷达图像河流羽流方面的代表颜色。进一步证实来自野外观察水温、盐度、浊度与雷达测量同时进行。调查船越过前面时,测量属性不同的间断地,表明水从河流和海洋聚集,也有向下电流。能见度的变化方面的评估并与水位变化的速度和风速和风向。雷达能够形象方面落潮期间水位降低时,风速在3 m / s沿着海岸。表面波纹波是由当地的风,如果他们传播前,海浪的高度增加,导致更高的发射的雷达后向散射光束。这个观察提供进一步的证据在河流羽流的成像机理方面与x波段雷达与风向。

1。介绍

河和海水在河口潮退潮时,形成一条河流羽流前可观测的不连续面颜色,表面粗糙度,水温、盐度、浊度等物理特性。观测河流羽流方面进行描述流体动态方面,生物和化学过程在陆地和海洋水之间的相互作用。淡水和盐水的混合过程在河口影响沉降,悬浮固体的混合,等等,这些后果从工程方面很重要。

Kilcher和纳什1]作了全面回顾“潮汐羽战线”(在他们的术语),是由低潮放电形成的河口。视觉观察(2],仪器观测[1,3,4),海洋雷达观测掠射角(例如,1,5,6]),雷达观测空间(例如,(7,8后])是主要的方法检测和河流羽流方面的主要目的阐明的时空行为方面,混合过程,河流和海水的流动结构,和传播动力学。

Garvine和和尚2]野外观察的垂直分布流速,水温、盐度在康涅狄格的口河,美国。他们发现了有力的流收敛下沉运动和变化在水面的颜色。Luketina和Imberger3)与多个仪器野外观察的一个通道连接的河口和Koombana湾澳大利亚和强收敛性和集中描述循环在前面。在实地测量的位置方面跟踪测定泡沫线在水面上。Marmorino和特朗普4报告结果的测量流出美国切萨皮克湾的大西洋。额结构相比,在大范围内研究上面所提到的观察,和类似的存在流模式前确认。人们普遍认为有一个流收敛和垂直循环在前面,河流和海水相遇,这也将由本研究证实。

沃尔夫et al。6)使用了一个x波段成像雷达安装在德国Sylt岛观察沿海波浪形态变化,潮汐流模式和其他特性。他们平均雷达图像,提取静态签名和讨论潮汐周期的流动模式。在他们的工作,时间上雷达图像了额叶结构,不明确指出。普里查德和亨特利5]分析了潮调制河流羽流的形成和演化基于x波段雷达观测的嘴小河流在英吉利海峡。一个半圆形河流羽流的流出被捕的雷达图像,和径向扩散的速度估计图像序列。Kilcher和纳什1)执行“包含”实验的电流离岸的哥伦比亚河,流入太平洋的美国利用声学多普勒剖面仪。表面的后向散射x波段雷达安装在船的调查被用来跟踪的位置,形状,和方向的测量。作者认为的更高的雷达后向散射表面流聚集的地区。

卫星雷达观测也能够检测河流羽流。合成孔径雷达(SAR)的图像分析理解大型河流流出的行为。Hessner et al。7]分析了河流羽流的行为方面观察到沿莱茵河流出到北海欧洲雷达卫星ERS-1和ERS-2。他们断言,形成和额叶功能的位置主要是与流出地区的半日潮阶段。Jay et al。8]研究了哥伦比亚河羽流的交互与加利福尼亚海流和雷达图像被RADARSAT-1用来理解他们的行为。

大多数这些研究使用雷达图像是基于时间野外观察被河流羽流方面的行为显著相关;然而,他们是潮汐周期的快照,所以,例如,能见度的变化,或定义,方面的雷达图像及其依赖环境条件不清楚。Alpers [9]讨论了海洋内波的成像和海洋深度测量法与卫星雷达。如果存在一个内部波,沿着海洋表面水平流诱导,导致局部放大的表面波和更高的后向散射增强的布拉格散射雷达波束。Alpers et al。10从太空]进一步描述水下地形的成像表面波局部放大通过加速或减速时潮汐流不均匀的底部。他们给最佳风力条件观察这些特性在雷达图像:(1)风能产生小规模的表面粗糙度与波长的几厘米的微波后向散射和(2)最佳风速检测这些特征从3到6 m / s。依赖风、后向散射的表面电流,讨论了表面波理论模型的一个垂直的横截面海洋romeis和Alpers [11]。后向散射的数量估计为表面波传播逆风,顺风。

作者采用陆基x波段雷达观察河流羽流的行为方面多年来不断在潮汐周期。雷达安装在建筑物的屋顶接近Tenryu河的口,在日本。每小时处理雷达图像显示有条纹的特性扩展从河口近海,类似于河流羽流方面。这个特性是研究的起源的卫星图像,同时实地观测,雷达测量。河流羽流的定义方面捕获的雷达图像进行视觉检查,并对水位的变化的依赖和当地风进行了探讨。更高的定义是经常观察到当水位下降和近岸组件当地的风速超过3米/秒。这个观察导致河流羽流的成像机理方面的讨论与雷达,特别是依赖当地的风向和河流羽流的程度。

2。学习网站和雷达观测

老当益壮的Tenryu河流海岸(纬度/经度:n - 34.6472 / e - 137.7933),日本,如图1(a),海岸,面对太平洋,患有严重侵蚀,,因此,提高流域的泥沙供应计划来减轻侵蚀。流域面积5090公里²,这条河的长度是213公里。陆基x波段成像雷达观测,在这种背景下,帮助我们理解的形态和流体动力学通过捕获水的空间分布和时间变化的河道和浅地区的海岸线和波传播12]。

在这项研究中使用的雷达是传统商业海洋x波段雷达(日本气象厅- 3925 - 9日本广播有限公司,非相干雷达、3厘米波长,25千瓦的传输功率,HH-polarization,和0.08μ雷达脉冲长度),通常安装在渔业或商业船只。2.8天线旋转一段大约2.6年代和传输波束宽度为0.8°的水平面和垂直面25°,分别。雷达的屋顶上安装了一个污水处理厂位于河口附近,在卫星图像图1(b),测量始于2007年6月,仍持续2013年。所有的日期和时间显示在日本标准时间(JST)在以下。

从海面后向散射、回波信号,所谓的海杂波,与一个特别设计的采样20 MHz / D-board安装在Windows电脑。然后信号被转换为一个矩形图像1024像素的笛卡尔坐标系。每个像素对应于一个5.43平方,是小于的理论空间分辨率7.5雷达系统发射的脉冲长度的确定梁(13]。有两个主要的散射机制从海面后向散射14]。第一是从gravity-capillary布拉格散射波的长度粗糙度是雷达波束的波长的一半,这是1.5厘米。第二是来自陡峭和碎波后向散射,尤其是在浅水区。为水平极化雷达波束,HH-polarization,后者是强于布拉格散射。

雷达图像定在17分钟。每小时处理,如图1(c),使识别的水的河道,沙丘位置、支撑位置,断路器区,和其他特性。0到255之间的灰色图像像素强度,与光明的像素点对应更高的信号返回。与光学卫星数据显示最高的回波信号,明亮的强度,描述来自于固体表面,如沙丘和泛滥平原、与粗糙表面由于波浪浅水。平静的大海表面只返回少量的发射的光束,所以他们在时间上黑暗的雷达图像。像点位于左边的平均雷达图像,在雷达波束干扰塔在污水处理厂。图中还显示了——使用的坐标系统协调的东西和程度协调南北。

在图1(c),条纹表示为“河流羽流”扩展海外指定的沙洲可能代表一个淡水和咸水的地方遇到前面。该特性并不总是可检测,模式的起源在雷达图像将在本文中讨论。图2包含一个雷达图像序列时均超过8小时,没有条纹状图案。五花模式延伸海外的附近与不同的倾向根据潮汐河口的阶段。带括号的数字编码定义,或者前面的强度评估检查。这些特性和评估的细节将在以后讨论。

3所示。卫星图像中颜色方面捕获和焦躁不安的模式在雷达图像捕获

河流羽流方面正在田野里观察到海平面大幅改变颜色,或颜色(前面2]。河的水含有悬浮固体的浓度高于海水。海面也经常显示了一个突然的变化从一个光滑粗糙的一个前:垂直环流形成在前面和合成速度梯度表面改变了表面皱纹的振幅(3,4]。这里,卫星图像和时均比较雷达图像理解的起源有条纹的图案。

图3(一个)显示了一个比较ALOS卫星的光学图像获得了7月24日,2008年,时间上的雷达图像。海面靠近河口捕获的卫星图像有一个复杂的纹理;海洋表面的颜色变化突然沿着条纹,扩展大致呈网状的方式。波接近岸边期间的观察有适度的高度和捕获与短波并行模式长度。时均雷达图像的条纹延伸从河口近海沿着路径相似的条纹中观察到的卫星图像。图3 (b)显示另一个对比光学图像和时间上的雷达图像。流出浑浊的水从河里海里显然是捕获的卫星图像,形成一个锋利的颜色前扩展从河口近海。在时间上雷达图像,一个垂直条纹从嘴的方式类似于卫星图像。条纹稍微向西迁移的一个小时。

这里显示的两个比较表明,焦躁不安的模式在时间上的雷达图像对应变化海表面纹理或所谓的颜色方面在海面上形成的河口。

4所示。野外观察

在前面的部分中,卫星图像被用来确认的起源有条纹的模式定中捕获图像。野外观测数据将显示在这里进一步确证。

原位拖测量的水温、盐度、和浊度是河对岸进行柱前7月24日,2008年,就在一个卫星观测,同时与雷达观测,总结图4。船的路径图4(一)有条纹的特性,或河流羽流方面,在时均雷达图像捕获。这艘船穿过前面两次,大约在12 h 12米和12 h 24米。图4(b)是一个拍摄从船上看向河口的时候船越过前面大约在12 h 12米。一阵西风速度为1.4米/秒这段测量岩田聪气象站,日本气象厅,如图1(一个)。海面突然变化的颜色和粗糙度沿着一条从河口延伸。由于风场可能被视为本地制服附近的嘴,粗糙度的差距必须是由于内部结构的流场在水的表面,影响传播和变形产生的局部表面波纹波。

图4(c)礼物的时间历史的意思是浊度和盐度测量记录数据记录器CTD亚历克生产的电子仪器。浊度测量数量的红外后向散射和盐度、电导率。数据采样的速度2赫兹,和仪器保持在1到2米的深度水的表面。东部地区的河流羽流面前,表示“羽”,是该地区,应该影响下的河水;盐度相对较低和浊度高相比,以西部地区河流羽流的前面,表示为“海洋。“这说明从船上水面观察颜色的变化是由于水中的悬浮固体浓度的差异之间的河流和海洋的水。

图4(d)显示了垂向水温分布测量热敏电阻链的长度大约7米。热分层现象是由太阳辐射、水混合在平静的海上条件下弱。当船穿越前12 h之间从海洋到羽20米和12 h 25米,分层接近水面消失了,和温水发现表面深度5米以下的水混合在垂直。Luketina和Imberger3)和Marmorino和特朗普4沿着河流羽流)讨论混合过程前和声称流融合在前面伴随着强烈的垂直向下流动的水混合,削弱了分层。当地的均匀温度分布中观察到这种测量可能形成于相同的流动机制。

这里描述的观测结果支持断言五花时均雷达图像中捕获模式对应于一条河羽面前放电形成的新鲜的水从河里。沿着前面必须有辐合区,增加表面波纹波导致更高的陡度雷达后向散射和伴随的雷达图像的亮条。

5。能力的x波段雷达观察河流羽流方面

在前面的章节中,我们证实了焦躁不安的模式在时间上雷达图像对应于河流羽流方面。在这里我们将讨论河流羽流的检测能力方面x波段雷达。

如图2、五花模式的定义或河流羽流方面,不同时间上的雷达图像。探索能见度在各种环境条件的依赖,一个合作者评估河流羽流的定义方面,或者前面的强度,通过目视检查分为三个水平:0为缺席,2为定义良好,1为中级水平的定义(见带括号的数字图的标题2)。这种主观评价之间的关系和环境条件首先讨论的比较每小时变化的强度和河流水位,风速和风向,然后从统计学观点在下面。

图5显示一些环境条件,2007年12月的一个星期,每小时水位的变化记录在河的河道和羽前面定义的变化速度每小时河道的水位,每小时的风速和风向显示为向量,和投影的平方风速沿东西方向。一些例子时均雷达图像捕获在这个时期已经显示在图2。水面水平测量Nakanomachi测量站,从河口9公里,Kakezuka测量站,4公里的嘴潮差(两站由土地、基础设施、交通、和旅游)。风速和风向测量,岩田聪气象站9公里的东北口(由日本气象厅)。参见图1(a)为他们的位置。是冲积平原,面积和地面气象站是平均海平面1米以上。风速计安装在一个从地面10米的高度。风速和风向的10分钟意味着机构发布的每小时每秒一米的分辨率和16个方位方向。

水位测量Nakanomachi是常数,表明没有波动期间在河里流。自从Kakezuka潮差测量站,在每日的均值漂移水位可能影响因素如潮汐周期的阶段,波浪,和相应的波在河口(图设置5(a))。然而,水位变化的速率散射在零附近,被用作一个近似指标在河口潮汐流率(图5(b))。东风的平方的投影显示风速作为一个指示器的风应力组件沿着海岸,应该促进增长的脉动波传播近岸(图5(d))。

图表明,变大的定义通常是在水位正在下降,或潮水正在退去,河水合并与大海。然而,一段时间内没有河流羽流前明显的图像即使水位下降。期间,从8 h(12月19日,2007年,20日的10 h的风速以及东风投影风速很小的平方与其他时期相比,表明风速和风向发挥重要作用在探测雷达的河流羽流面前。

宏观依赖河流羽流前面定义的水位变化,风速和风向评估雷达图像收集一年定,6月,2007年5月,2008年。7302图片,880图像分为定义级别2,1810到1级,4612到0级。图6包含风速和风向的直方图,岩田聪气象站测量风向玫瑰图,直方图,水位变化的速度测量Kakezuka测量站和前面强度的6月,2007年5月,2008年。WNW和W的盛行风观察主要是在冬天。水位变化速率的柱状图表明,海水入侵到河道潮汐洪水时期大于流出退潮时期。

图7分布的意思是前面强度和风速对水位变化的速率和风向。前面强度(上面一行)的均值估计从一个简单的算术平均,并给出其分解底部行。中间行显示南北和东西方向的风速分量估计的平均风速的预测矢量的绝对值。所有的面板中间行表明,风的力量潮汐周期期间保持相对恒定。

图7(一个)显示结果为所有风条件(数量的事件),而数据7(b)和7(c)显示结果东/西风()和北/南风()。这些结果表明更高的定义是经常观察到当水位下降,风沿着海岸。相比之下,定义减少当风吹垂直于沿海地区,也就是说,南风和北风。自从北/南风很小的样本数量相比东部/西部风,另一个结果的东/西风速低于2米/秒图给出7(d) ()。这个结果保证北/南风,较小的定义不是由于更少的出现和低风速;意味着前面东/西风强度是提高甚至降低风速为北/南风相比,暗示雷达可以更好地检测河流羽流的发生方面当一个东方或西方风盛行。

表1显示的意思是前面的联合分布强度河流羽流前的不同风向和风速。更高的定义是经常观察到当风沿着海岸和风速超过3米/秒。定义变得相对较小的风垂直海岸时,也就是说,南方和北方的风。这个结果再次表明,雷达不能检测河流羽流的发生方面的弱风条件或当一个北方或南方风盛行。

6。讨论和结论

涟漪的雷达探测反射波的布拉格散射(14],它变得更强,当雷达波束发射的方向和水表面波传播匹配。证实,捕获的有条纹的特性在时间上雷达图像代表河流羽流方面,河水和海水之间的边界线。雷达的成像示意图如图8。如果河和海水相遇时,一条扩展海外河口附近的形成,以及当前的收敛和向下流动产生的。这是确认从实地测量的温度分布的结果。先前的报道也描述类似的流动结构沿前(3,4]。当地风引起的增长沿着风向脉动波。随着这些海浪穿越河流羽流方面,他们是放大和趋陡收敛流动,导致更高的回报的信号发射的雷达波束沿着河流羽流。支持这一结论的事实的定义河流羽流较小面前当近岸风速很小或者北方或南方风盛行。自南北方向的河流羽流方面扩展主要是由于河口的方向,任何北/南风产生的脉动波沿着前面,因此仅略有放大在前面。

Alpers [9]讨论了海洋内波的成像机理与卫星雷达,这是类似于目前的讨论。如果存在一个内部波,沿着海洋表面水平流诱导,导致局部放大的表面波和更高的雷达后向散射光束空间增强的布拉格散射。此外,目前的研究表明放大机制取决于风向和证实了雷达图像的可见性特性,还没有讨论过。

Marmorino et al。15报告的观察与陆基x波段雷达海洋方面接近岸边鸭子,北卡罗莱纳,美国。观察设置类似于现在;水平极化雷达采用掠射角。他们没有解释成像机制的细节;然而,收敛流表面应该放大表面波产生更高的后向散射。

总之,我们有以下:(1)时间上的x波段雷达图像的Tenryu河口捕获河流羽流方面扩展海外从河口明亮的条纹。(2)对比卫星光学图像和雷达图像确认定有条纹的特性在时间上雷达图像代表颜色方面,或河流羽流方面。进一步证实来自野外观察水温、盐度、浊度与雷达测量同时进行河对岸羽面前。当调查船越过河流羽流前(从船上经目视检查),测量属性不同的间断地,这表明水从河流和海洋遇到而且向下电流。(3)河流羽流的定义不同时间上的雷达图像。的定义是视觉评估并与水位变化的速度和风速和方向。雷达捕获河流羽流方面当河水水位降低,风速超过3 m / s近岸。风产生脉动波,导致更高的发射的雷达后向散射光束在羽旅行时。观察结果是扩展说明详细的成像机制的河流羽流与x波段雷达面前。

突出了

(我)陆基x波段雷达是用来观察河流羽流方面。(2)雷达图像中捕获特性是针对卫星和检查字段数据。(3)雷达观测的忠诚方面被评估,发现相关的风向。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢支持高桥Yu和高桥良前研究生和教授佐藤真嗣和日本田岛Yoshimitsu东京大学的野外观察。高桥Yu的辛苦帮助的决心面前强度尤其高度赞赏。支持这项研究特别协调资金促进科学和技术的教育,文化,体育,科学,技术,和河基金,河流与流域环境管理的基础。最后,作者感谢匿名评论者的人仔细检查了初稿,给的建议改进工作。