Reconstructing High-Resolution Ocean Subsurface and Interior Temperature and Salinity Anomalies From Satellite Observations

卫星 均方误差 盐度 海面温度 异常(物理) 遥感 分辨率(逻辑) 算法 高分辨率 图像分辨率 决定系数 地质学 计算机科学 数学 人工智能 海洋学 机器学习 统计 物理 凝聚态物理 天文
作者
Lingsheng Meng,Chi Yan,Wei Zhuang,Weiwei Zhang,Xupu Geng,Xiao‐Hai Yan
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:60: 1-14 被引量:36
标识
DOI:10.1109/tgrs.2021.3109979
摘要

Accurately retrieving ocean interior parameters from remote sensing observations is essential for ocean and climate studies because direct observations are sparse and costly. Furthermore, high-resolution structure of seawater properties is critical for understanding the oceanic processes and changes on multiple scales. Here, we designed a new method based on a deep neural network to retrieve subsurface temperature anomaly (STA) and subsurface salinity anomaly (SSA) in the Pacific Ocean at high (1/4°) and super (1/12°) horizontal resolution. We utilized multisource satellite-observed sea surface data (e.g., sea level, temperature, salinity, and wind vector) as inputs. The results revealed that our model retrieved the high- and super-resolution STA/SSA with high accuracy, and the model was reliable in a wide range of depths (near surface to 4000 m) and times (all months in 2014). Regarding the high-resolution STA (SSA) estimation, the average coefficient of determination ( $R^{2}$ ) was 0.984 (0.966), and the average root-mean-squared error (RMSE) was 0.068 °C (0.016 psu). For the super-resolution STA, the average $R^{2}$ was 0.988 and RMSE was 0.093 °C. Here, we established an effective technique that improved the resolution and accuracy of estimating the ocean interior parameters from satellite observation. The new technique provides some new insights into oceanic observation and dynamics.
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