一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法，包括如下步骤：确定目标范围；对目标范围进行网格化处理；将目标范围内浮标轨迹信息转换为区域流场数据；建立统计模型，判定浮标轨迹在连续网格中的合理流速值；选取目标断面，获取断面上小网格的投影长度和投影角度；定义浮标轨迹跨越目标断面的有效行为，并定位其跨越点的小网格；通过方差控制法二次判定跨越点网格内有效流速值；计算平均流速值；计算近表层通量情况。本发明专利技术能够梳理出合理、真实的Argos漂流浮标轨迹分布，根据有效轨迹信息提取出相应的流速值，根据有效轨迹信息获取符合统计意义结果的有效流速值，获得准确的海洋近表层通量计算结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法
本专利技术涉及海洋科学研究及其应用
，尤其是涉及一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法。
技术介绍
Argos漂流浮标一种利用卫星进行定位和数据传输的海洋观测设备，记录海表面的观测时间、经纬度、温度等基本海洋要素，主要由全球漂流浮标计划(GlobalDrifterProgram，简称GDP)所投放，其数据时间间隔为6小时(Hansenetal.，1996)，数据可每月更新。目前海洋科学研究中，关于通量的计算常通过收支平衡来体现，是一种欧拉方法，相比之下，Argos漂流浮标资料则是一种基于拉格朗日方式的观测资料；在海洋环流和物质交换的研究中，拉格朗日方式的观测资料可以更直接地显示水体真实的运动轨迹，是一种有效而可靠的研究手段，目前基于研究Argos漂流浮标轨迹分布来探讨通量情况的研究还不多见，其中一个重要因素是Argos漂流浮标轨迹存在空间不规则分布现象，需要经过一定的处理才能获得可靠且有价值的信息。
技术实现思路
本专利技术是为了解决利用Argos漂流浮标资料进行海洋近表层通量的问题，提供一种统计经验模型方法，能够梳理出合理、真实的Argos漂流浮标轨迹分布，利用Argos漂流浮标获取的位置信息反演流场并计算目标区域内目标断面上近表层的通量情况，获得相对准确的海洋近表层通量结果的基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法，包括如下步骤：1)确定目标范围，下载经过目标范围内的Argos漂流浮标数据，并进行目标范围之外的数据剔除、数据质量控制、轨迹的分段、浮标的查重处理，提取目标范围内真实、有效的浮标轨迹信息；2)对目标范围进行网格化处理，均匀划分为0.08°×0.08°的小网格；3)根据浮标相邻位置点信息及其时间间隔计算出该段距离内的平均流速值和流速方向，将目标范围内浮标轨迹信息转换为区域流场数据；4)建立统计模型，判定浮标轨迹在连续网格中的合理流速值；5)选取目标断面，获取断面上小网格的投影长度和投影角度；6)定义浮标轨迹跨越目标断面的有效行为，并定位其跨越点的小网格；7)通过方差控制法二次判定跨越点网格内有效流速值；8)计算网格内有效流速在该网格区的法向速度，并通过投影法计算出网格的流速值，并对其取平均值，得到该网格区的平均流速；9)根据风速大小估算上层混合层厚度，最后通过积分断面上每个网格点的平均流速和上层混合层厚度的方法得到近表层通量，获得该断面上的近表层通量情况；所述的步骤1)中目标范围之外的数据剔除以如下方法进行，假设某漂流浮标的位置信息为Pointi(Loni，Lati)，目标范围的经纬度为Lon_min、Lon_max、Lat_min、Lat_max，将浮标位置点这种情况下：Lon_min<Loni<Lon_max∩Lat_min<Lati<Lat_max的信息标记为Marki＝1，其他情况标记为Marki＝0，然后剔除Marki＝0的浮标位置信息；所述的步骤1)中数据质量控制以如下方法进行，根据浮标相邻记录的空间位置及其时间间隔计算出浮标在这段距离的平均速度，以2m/s为临界速度，删除平均流速超过临界值的记录；所述的步骤1)中轨迹的分段以如下方法进行，将时间间隔大于6小时作为判断分段依据，将该情况下的浮标分割为不同的数据文件，并在该浮标序列号后添加(01，02，03…)以作识别；所述的步骤1)中浮标的查重以如下方法进行，对所有经过目标范围之外的数据剔除、数据质量控制、轨迹的分段处理的浮标文件进行浮标序列号检测，删除轨迹重复的记录。作为优选，所述的步骤3)中，包括如下步骤：1)假设某漂流浮标的轨迹点有n个，设其相邻的两个轨迹位置分别为Pointi(Loni，Lati)和Pointi+1(Loni+1，Lati+1),轨迹点记录时间为2)根据轨迹点位置信息计算该轨迹点间的距离Di，式中地球半径R＝6371.393Km；3)根据轨迹点位置信息计算该轨迹点间的角度σi，式中A为浮标位置点Pointi+1相对于前一时刻位置点Pointi的方位角，其表达式为4)根据轨迹点记录时间信息，可得时间间隔5)结合上述步骤2)和步骤3)的方程式，可得轨迹间的平均速度作为优选，所述的步骤4)中，包括如下步骤：1)将浮标相邻距离平均分成18小段，并将该距离计算出来的流速赋予每个小段的中心；2)判断该18小段中心是否位于同一小网格内；若是，则将该距离计算的流速值赋予该小网格；若否，则以位于不同小网格的数据为界，剔除该段距离中相同小网格内重复的记录，并将该距离计算的流速值赋予这些不同的小网格内；3)以两天时间为判断标准，剔除同一浮标数据在同一小网格内连续重复的记录，获得网格合理的流速。作为优选，所述的步骤5)中，包括如下步骤：1)选取目标断面，根据网格化处理，提取出断面上的小网格；2)假设断面上共有小网格数m个，在断面首尾的网格处平行往外延伸一个小网格，共计m+2个小网格数；3)根据小网格在断面上相邻两个小网格的中心位置，计算出该网格的投影角度和投影长度。作为优选，所述的步骤5)第3)步计算出该网格的投影角度和投影长度方法如下：1)假设网格Gj四个角落的坐标位置分别为(Lon左j，Lat上j)、(Lon右j，Lat上j)、(Lon左j，Lat下j)、(Lon右j，Lat下j)；2)网格Gj的中心位置Pointj为式中3)同理，可得该网格在断面上相邻两个小网格的中心位置，分别为和Pointj+1(2≤j≤m+1)；4)根据步骤3)第2步，可计算出Pointj-1到Pointj+1的距离Dj，5)网格Gj的投影长度Lj＝Dj/2；6)根据步骤3)第3步，可计算出Pointj-1位于Pointj+1的角度σj，式中A为Pointj+1相对于Pointj-1的方位角，其表达式为7)网格Gj的投影角度θj＝σj。作为优选，所述的步骤6)中，包括如下步骤：1)选取目标断面，提取经过目标断面的浮标文件；2)定义穿越断面并持续在该侧漂流时间1.5天以上作为有效的跨越断面行为；3)根据跨越定义，提取经过目标断面浮标的有效轨迹，具体判断方法如下：a)假设某漂流浮标的轨迹点有n个，目标断面两侧区域分别为1区和2区，当浮标位置点位于1区时，标记为Regioni＝1，当浮标位置点位于2区时，标记为Regioni＝2；b)将该浮标的位置标记做前后差值的绝对值ΔRi＝|Regioni+1-Regioni|(i+1≤n)；c)当ΔRi＝1时，说明该浮标有穿越目标断面的行为，当ΔRi＝0时，说明该浮标无穿越目标断面的行为；d)结合跨越定义，当ΔRi＝1且ΔRi，i+1，…i+I＝0(I≥6，i+I≤n)时，该浮标在位置点Regioni到Regioni+1过程中存在有效跨越目标断面的行为；4)通过定位目标断面与位置点Regioni到Regioni+1连线的交点，确定跨越点在断面上的小网格，并可通过上述步骤获得该浮标在该小网格的流速情况。作为优选，所述的步骤7)中，包括如下步骤：1)假设在断面上某小网格Gj存在的流速值数量为l个，其流速为2)当l本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定目标范围，下载经过目标范围内的Argos漂流浮标数据，并进行目标范围之外的数据剔除、数据质量控制、轨迹的分段、浮标的查重处理，提取目标范围内真实、有效的浮标轨迹信息；2)对目标范围进行网格化处理，均匀划分为0.08°×0.08°的小网格；3)根据浮标相邻位置点信息及其时间间隔计算出该段距离内的平均流速值和流速方向，将目标范围内浮标轨迹信息转换为区域流场数据；4)建立统计模型，判定浮标轨迹在连续网格中的合理流速值；5)选取目标断面，获取断面上小网格的投影长度和投影角度；6)定义浮标轨迹跨越目标断面的有效行为，并定位其跨越点的小网格；7)通过方差控制法二次判定跨越点网格内有效流速值；8)计算网格内有效流速在该网格区的法向速度，并通过投影法计算出网格的流速值，并对其取平均值，得到该网格区的平均流速；9)根据风速大小估算上层混合层厚度，最后通过积分断面上每个网格点的平均流速和上层混合层厚度的方法得到近表层通量，获得该断面上的近表层通量情况；所述的步骤1)中目标范围之外的数据剔除以如下方法进行，假设某漂流浮标的位置信息为Pointi(Loni，Lati)，目标范围的经纬度为Lon_min、Lon_max、Lat_min、Lat_max，将浮标位置点这种情况下：Lon_min...

【技术特征摘要】
1.一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定目标范围，下载经过目标范围内的Argos漂流浮标数据，并进行目标范围之外的数据剔除、数据质量控制、轨迹的分段、浮标的查重处理，提取目标范围内真实、有效的浮标轨迹信息；2)对目标范围进行网格化处理，均匀划分为0.08°×0.08°的小网格；3)根据浮标相邻位置点信息及其时间间隔计算出该段距离内的平均流速值和流速方向，将目标范围内浮标轨迹信息转换为区域流场数据；4)建立统计模型，判定浮标轨迹在连续网格中的合理流速值；5)选取目标断面，获取断面上小网格的投影长度和投影角度；6)定义浮标轨迹跨越目标断面的有效行为，并定位其跨越点的小网格；7)通过方差控制法二次判定跨越点网格内有效流速值；8)计算网格内有效流速在该网格区的法向速度，并通过投影法计算出网格的流速值，并对其取平均值，得到该网格区的平均流速；9)根据风速大小估算上层混合层厚度，最后通过积分断面上每个网格点的平均流速和上层混合层厚度的方法得到近表层通量，获得该断面上的近表层通量情况；所述的步骤1)中目标范围之外的数据剔除以如下方法进行，假设某漂流浮标的位置信息为Pointi(Loni，Lati)，目标范围的经纬度为Lon_min、Lon_max、Lat_min、Lat_max，将浮标位置点这种情况下：Lon_min<Loni<Lon_max∩Lat_min<Lati<Lat_max的信息标记为Marki＝1，其他情况标记为Marki＝0，然后剔除Marki＝0的浮标位置信息；所述的步骤1)中数据质量控制以如下方法进行，根据浮标相邻记录的空间位置及其时间间隔计算出浮标在这段距离的平均速度，以2m/s为临界速度，删除平均流速超过临界值的记录；所述的步骤1)中轨迹的分段以如下方法进行，将时间间隔大于6小时作为判断分段依据，将该情况下的浮标分割为不同的数据文件，并在该浮标序列号后添加(01，02，03…)以作识别；所述的步骤1)中浮标的查重以如下方法进行，对所有经过目标范围之外的数据剔除、数据质量控制、轨迹的分段处理的浮标文件进行浮标序列号检测，删除轨迹重复的记录。2.根据权利要求1所述的一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法，其特征是，所述的步骤3)中，包括如下步骤：1)假设某漂流浮标的轨迹点有n个，设其相邻的两个轨迹位置分别为Pointi(Loni，Lati)和Pointi+1(Loni+1，Lati+1),轨迹点记录时间为Time(TPi，TPi+1)(i+1≤n)；2)根据轨迹点位置信息计算该轨迹点间的距离Di，式中地球半径R＝6371.393Km；3)根据轨迹点位置信息计算该轨迹点间的角度σi，式中A为浮标位置点Pointi+1相对于前一时刻位置点Pointi的方位角，其表达式为4)根据轨迹点记录时间信息，可得时间间隔ΔTi＝TPi+1-TPi；5)结合上述步骤2)和步骤3)的方程式，可得轨迹间的平均速度3.根据权利要求1所述的一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法，其特征是，所述的步骤4)中，包括如下步骤：1)将浮标相邻距离平均分成18小段，并将该距离计算出来的流速赋予每个小段的中心；2)判断该18小段中心是否位于同一小网格内；若是，则将该距离计算的流速值赋予该小网格；若否，则以位于不同小网格的数据为界，剔除该段距离中相同小网格内重复的记录，并将该距离计算的流速值赋予这些不同的小网格内；3)以两天时间为判断标准，剔除同一浮标数据在同一小网格内连续重复的记录，获得网格合理的流速。4.根据权利要求1所述的一种基于Argos漂流浮标计算近表层通量的方法，其特征是，所述的步骤5)中，包括如下步骤：1)选取目标断面，根据网格化处理，提取出断面上的小网格；2)假设断面上共有小网格...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锋，武则州，黄大吉，曾定勇，马晓，倪晓波，宣基亮，马梦遥，李佳，何宇晴，尹文彬，丁睿彬，戴媛，
申请(专利权)人：国家海洋局第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33