一种波浪长期数据的再分析方法技术

本发明专利技术涉及一种波浪长期模拟数据的再分析方法，包括以下步骤：构建基于卫星高度计的波浪要素(有效波高和平均周期)长期观测数据和基于波浪数值模式的波浪要素长期模拟后报数据，并对两者进行时空配准；利用时空同步数据对波浪后报数据进行分析校正，得到波浪要素的再分析数据。本发明专利技术提出了一种应用于波浪要素长期模拟后报数据的新型再分析方法，相较常用的数据同化方法，该发明专利技术方法处理效率高，集成观测数据灵活，尤其适用于对波浪要素长期后报模拟数据的处理，可为波浪要素的气候变率、年际变化和海洋工程环境研究分析提供有力支持。

【技术实现步骤摘要】
一种波浪长期数据的再分析方法
本专利技术涉及一种数据再分析方法，具体地说，是一种波浪长期模拟数据的再分析方法。
技术介绍
气候变化对海洋动力环境和人类生活生产安全产生有重要影响，其中波浪是海洋动力环境的主要动力过程之一，获取高质量、高分辨率、连续的波浪要素(包括有效波高、平均周期)长期历史数据对研究波浪长期变化趋势，年际变化规律以及用于海洋工程设计的波浪要素极值推算至关重要。目前获取波浪长期数据的技术手段包括定点观测，卫星高度计观测和波浪数值模式。定点观测主要基于浮标观测，其空间分布极为有限，在空间上不具有代表性；卫星高度计观测手段已经积累了超过30年(1985至今)的全球波浪要素数据，但由于其采用极轨模式的星下点观测，数据时空分辨率很低，且对于某一空间位置在时间上不连续。海浪数值模式可以获取高分辨率、时空连续的波浪要素长期模拟数据，但是其数据质量受模式物理机制可靠性、风场和地形场精度的影响较大。再分析方法是利用客观分析方法，利用观测数据对数值模拟数据进行分析校正；其中，数据同化方法最为常用，它是在考虑数据时空分布以及观测场和背景场误差的基础上,在数值模型的动态运行过程中融合新的观测数据的方法。数据同化通常应用在波浪要素预报上，它可以为下一时段的预报提供最优初始条件和模式参数。但是它处理数据计算成本高，不利于获取波浪要素的长期后报数据。目前已公开发布的有欧洲天气预报中心的波浪要素再分析数据，它主要基于波浪数值模式模拟波浪要素，并通过四维变分同化方法用卫星高度计数据对数值模式数据进行校正，其同化了1991年以来发射的12个卫星高度计中的6个高度计数据产品。已有研究报告表明，该波浪再分析数据可以很好地描述波浪要素的气候变率，但是其给出的波浪有效波高整体偏低，特别是高风速情形，这可能与使用的卫星高度计数据有限或同化方法有效性有关，而由于同化方法的技术限制，决定了其无法快速的使用其它高度计观测数据进行更新优化。因此，需要发展一种针对波浪长期模拟数据的，分析处理效率更高，对观测数据集成更为灵活的技术方法，以满足波浪要素的气候变率、年际变化和海洋工程环境影响等方面的数据需求。
技术实现思路
针对已有技术不足，本专利技术的目的是提供一种波浪长期模拟数据的再分析方法。相较数据同化方法主要用于波浪要素的模拟预报，该方法主要应用于波浪要素的长期模拟后报数据，具有分析处理效率高，集成观测数据灵活的优点。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案予以实现：一种波浪长期模拟数据的再分析方法，包括以下步骤：1)构建基于卫星高度计的波浪要素观测数据和基于波浪数值模式的波浪要素模拟数据，并对两者进行时空配准，得到波浪要素的时空同步数据；2)利用时空同步数据对波浪要素模拟数据进行分析校正，得到波浪要素的再分析数据。所述步骤1)包括以下步骤：获取基于波浪数值模式的波浪要素模拟数据；对各卫星高度计波浪要素观测数据进行校正和网格化；对波浪要素模拟数据和卫星高度计波浪要素观测数据进行时空配准和同步，得到时空同步数据。所述对各卫星高度计波浪要素观测数据进行校正和网格化包括以下步骤：选取单个卫星高度计的波浪要素观测数据，对于某一时刻任意一个浮标的波浪要素观测数据，其与空间间隔小于设定长度、且时间间隔小于设定时间的高度计波浪要素观测数据的平均值作为时空同步数据；对单个卫星的时空同步数据进行线性拟合；不同的卫星高度计得到不同的线性拟合关系，即浮标观测的波浪要素观测数据与高度计观测的波浪要素观测数据间的拟合关系；应用拟合关系对多个高度计进行逐一校正，得到校正后的高度计波浪要素数据；对应网格化的模拟数据，将高度计数据划分到不同的网格内：对任意一个高度计的观测位置，选取与其空间距离最小的模拟数据网格点，将其划分到该网格点下；对同一网格点，时间跨度不超过设定值的高度计波浪要素观测数据进行代数平均，得到该时刻下高度计波浪要素的网格化数据。所述对波浪要素模拟数据和卫星高度计波浪要素观测数据进行时空配准和同步，得到时空同步数据包括以下步骤：根据网格化的模拟数据和高度计波浪要素的网格化数据，对两者进行时空配准：对应某一时刻的高度计波浪要素的网格数据，选取模拟数据中与之最为接近的数据点，最终得到两者的波浪要素时空同步数据组；每一个高度计网格数据点都得到对应同步的模拟数据点；所有的数据组合形成时空同步数据。所述步骤2)包括以下步骤：基于时空同步数据通过统计分析方法构建校正模型：时空同步数据中，针对单个年、某一网格点下的同步数据子集Bjk，j表示年份，k是网格标号，计算波浪要素模拟数据和高度计观测数据的相关系数，仅当两者的相关系数大于阈值时，认为波浪要素的模拟数据用于后续校正，否则，不用于校正，标记为坏点数据；将用于校正的模拟数据拟合得到Bjk中高度计观测波浪要素和波浪要素模拟数据之间的校正关系；根据校正关系对模拟数据进行校正，得到波浪再分析数据。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术方法应用于波浪要素的长期模拟后报数据，方法简单、快速、有效，可为波浪要素的气候变率、年际变化和海洋工程环境影响等研究提供必要的数据支持。2.本专利技术方法集成观测数据灵活，便于不断提高波浪要素再分析数据的可靠性和精度。附图说明图1是本专利技术应用于波浪长期后报数据的再分析方法的实施流程图；图2a是基于多平台融合风场(CCMP)强迫的波浪有效波高模拟后报数据；图2b是基于气候预报中心风场(CFSR)强迫的波浪有效波高模拟后报数据；图2c是基于对CCMP波浪有效波高模拟后报的再分析数据；图2d是基于对CFSR波浪有效波高模拟后报的再分析数据；图2e是欧洲预报中心发布的基于数据同化的波浪有效波高再分析数据。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。一种波浪长期模拟数据的再分析方法，包括基于卫星高度计的波浪要素(有效波高和平均周期)长期观测数据构建过程，基于波浪数值模式的波浪要素长期模拟后报数据构建过程，通过时空配准方法获取两者的波浪要素时空同步数据过程，利用波浪要素的时空同步数据分析并构建校正模型过程，利用校正模型对波浪要素的模拟后报数据进行校正优化，得到波浪要素的再分析数据过程。本专利技术是针对波浪要素长期模拟数据提出的，其分析处理效率高，集成波浪要素观测数据灵活，尤其适用于波浪要素的气候变率、年际变化和海洋工程环境方面的研究。如图1所示，一种波浪要素长期数据的再分析方法，包括以下步骤：构建基于卫星高度计的波浪要素长期观测数据和基于波浪数值模式的波浪要素长期模拟后报数据，并对两者进行时空配准，得到波浪要素的时空同步数据；利用时空同步数据对波浪要素的后报数据进行分析校正，得到波浪要素的再分析数据。所述构建基于卫星高度计的波浪要素长期观测数据和基于波浪数值模式的波浪要素长期后报数据，并对两者进行时空配准，得到波浪要素的时空同步数据包括以下步骤：基于波浪数值模式的波浪要素长期数据模拟后报；多卫星高度计波浪要素观测数据校正和网格化；波浪要素的数值模拟后报数据和卫星高度计观测数据的时空配准和同步数据获取。所述利用时空同步数据对波浪要素的后报数据进行分析校正，得到波浪要素的再分析数据，包括以下步骤：基于波浪要素的时空同步数据，通过分析拟合方法构建校正模型；利用校正模型对波浪要素的后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波浪长期模拟数据的再分析方法，其特征在于包括以下步骤：1)构建基于卫星高度计的波浪要素观测数据和基于波浪数值模式的波浪要素模拟数据，并对两者进行时空配准，得到波浪要素的时空同步数据；2)利用时空同步数据对波浪要素模拟数据进行分析校正，得到波浪要素的再分析数据。

【技术特征摘要】
1.一种波浪长期模拟数据的再分析方法，其特征在于包括以下步骤：1)构建基于卫星高度计的波浪要素观测数据和基于波浪数值模式的波浪要素模拟数据，并对两者进行时空配准，得到波浪要素的时空同步数据；2)利用时空同步数据对波浪要素模拟数据进行分析校正，得到波浪要素的再分析数据。2.根据权利要求1所述的一种波浪长期模拟数据的再分析方法，其特征在于所述步骤1)包括以下步骤：获取基于波浪数值模式的波浪要素模拟数据；对各卫星高度计波浪要素观测数据进行校正和网格化；对波浪要素模拟数据和卫星高度计波浪要素观测数据进行时空配准和同步，得到时空同步数据。3.根据权利要求2所述的一种波浪长期模拟数据的再分析方法，其特征在于所述对各卫星高度计波浪要素观测数据进行校正和网格化包括以下步骤：选取单个卫星高度计的波浪要素观测数据，对于某一时刻任意一个浮标的波浪要素观测数据，其与空间间隔小于设定长度、且时间间隔小于设定时间的高度计波浪要素观测数据的平均值作为时空同步数据；对单个卫星的时空同步数据进行线性拟合；不同的卫星高度计得到不同的线性拟合关系，即浮标观测的波浪要素观测数据与高度计观测的波浪要素观测数据间的拟合关系；应用拟合关系对多个高度计进行逐一校正，得到校正后的高度计波浪要素数据；对应网格化的模拟数据，将高度计数据划分到不同的网格内：对任意一个高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，管守德，侯一筠，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37