ارزیابی کارایی روش های اصلاح و پالایش شکل موج در حوزه آبی بسته دریای بالتیک

یکی از چالش های مهم در ارتفاع سنجی ساحلی، آلودگی شکل موج ها به اثرات غیر اقیانوسی است. این اثرات که دارای رفتار پیچیده ای هستند به اشکال متفاوتی بر روی شکل موج ها ظاهر می شوند. بنابراین، حذف و یا کاهش تاثیرات آن ها یکی از مسائل مهم در تهیه سری های زمانی دقیق از ارتفاع سطح آب به شمار می رود. تاکنون روش های آماری متعددی توسط متخصصان ارتفاع سنجی برای این منظور پیشنهاد شده است که تمامی آن ها را می توان در دو مقوله اصلاح و پالایش شکل موج دسته بندی کرد. تفاوت اصلی این روش ها به نحوه تشخیص گیت های خطادار شکل موج بازمی گردد. در روش های اصلاح از انحراف معیار استاندارد توان های شکل موج باقیمانده و در پالایش از جذر میانگین مربعات خطای تمامی شکل موج های باقیمانده اکوگرام استفاده می شود. شکل موج باقیمانده نیز از تفاضل هر شکل موج با شکل موج مرجع اکوگرام به دست می آید. در این مطالعه، مقایسه ای میان کارایی هر یک از این روش ها صورت گرفته و ایده های جدیدی نیز در رابطه با تشکیل شکل موج مرجع و روش های ترمیم گیت های خطادار مطرح می شود. ترمیم گیت نیز به سه روش میانگین گیری وزن دار معکوس فاصله، میانگین گیری وزن دار دو مرحله ای و میانه توان های مجاور گیت خطادار انجام می شود. در نهایت، شکل موج های ترمیم شده را به کمک الگوریتم اسپیلاین بازتعقیب کرده و سری زمانی به دست آمده از ارتفاع سطح آب با داده های نوسان نگار محلی مقایسه می شوند. این الگوریتم که در سه ایستگاه وینگا، آنسالا و هالمستد واقع در ساحل دریای بالتیک و بر روی داده های ماموریت های جیسون-2 و جیسون-3 از گذرهای 137، 68 و 213 مورد ارزیابی قرار می گیرد، سری های زمانی باکیفیتی از ارتفاع سطح آب و در فاصله 15 کیلومتری از ساحل ارائه می دهد. مقایسه های انجام شده بین سری های زمانی ارتفاع به دست آمده از شکل موج های تصحیح شده و شکل موج های خام با داده های نوسان نگار محلی بهبود 2/5 تا 23/5 %  در جذر میانگین مربعات خطای نااریب و افزایش حداکثر 11% ضریب همبستگی را نشان می دهند. 

efficiency evaluation of waveform modification and decontamination methods in the enclosed basin of the baltic sea

one of the important challenges in the coastal altimetry is the contamination of the waveforms by non-oceanic effects. these effects, which have complex behavior, appear in different forms on the waveforms. therefore, omitting or mitigating their effects is one of the important issues in preparing the precise time series of sea surface height (ssh). so far, several statistical methods have been proposed by the altimetry experts, which can be classified into two categories: waveform modification and decontamination. the main difference between these two methods is related to detecting the erroneous gates of the waveforms in which the standard deviation of the residual waveform is used for modification, and the root-mean-squared-error (rmse) of all of the residual waveforms of the echogram is used for decontamination. the residual waveform is obtained by subtracting a waveform from the reference waveform of the echogram. in this study, a comparison is made between the efficiency of each of these methods. some novel ideas are also presented regarding the construction of the reference waveform and the methods for trimming the gates contaminated by non-ocean effects. the gate trimming is conducted by three methods, namely, weighted averaging of inverse distance, two-step weighted averaging, and the median of the adjacent powers around the erroneous gate. in the end, the trimmed waveforms are retracked by the spline retracker, and the time series of the ssh is compared with the tide-gauge data. this algorithm, which is evaluated on the three stations of vinga, onsala, and halmstad on the coast of the baltic sea, on jason-2 and jason-3 data from passes 137, 68, and 213, provides a high-quality time series of the ssh 15 km away from the coastline. the comparisons between the ssh time series derived from the trimmed and raw waveforms reveal an improvement between 2.5 to 23.5% in unbiased rmse and a maximum increase of 11% in the correlation coefficient.