一种内潮波特征提取方法技术

本发明专利技术公开了一种内潮波特征提取方法，具体包括对海洋再分析资料进行预处理，采用对比再分析资料和实测资料的方式验证在研究区域内再分析资料提取内潮波信息的可靠性，根据等温线随时间的变化情况对研究时间段进行划分，利用等温线波动幅度数据进行内潮波特征信息的提取。本发明专利技术采用的再分析资料具有地理覆盖范围广、空间和时间分辨率高等优点，通过与实测资料的对比验证，再分析资料能够较好地反映出研究区域的内潮波情况，并将研究时间段根据水下等温线的波动情况进行了较为细致的划分，对划分后的时间段内的内潮波现象进行特征信息的提取，更加准确地反映出了内潮波的时间变化特征。

【技术实现步骤摘要】
一种内潮波特征提取方法
本专利技术涉及一种内潮波特征提取方法，特别是一种基于海洋再分析资料的内潮波特征提取方法，属于海洋环境统计研究的

技术介绍
内潮波是存在于海洋内部的一种重要波动，在海洋中起着重要的动力学作用，内潮波的存在会影响到海洋生态环境、海洋探测、海洋作战等各个方面。内潮波会导致海水中等温面和等密度面的起伏，从而对海洋中的声波造成影响，改变声波信号的振幅、方向以及传播速度等，这样会严重影响声呐对水下物体的探测以及水下通讯。与内潮波联系密切的大振幅内孤立波会产生很强的往复剪切流，这种剪切流会对一些海洋工程的实施造成影响。研究内潮波在海洋中的特征具有十分重要的意义。内潮波是具有天文潮周期的内波，它是海洋中有旋的、密度层结的不可压缩流体对小扰动的响应，主要由天文潮流与地形的相互作用产生。国内外对内潮波的研究主要采用卫星观测资料、系泊观测资料、SAR卫星图像资料等。提取内潮波特征信息的方法有很多种，不同方法的提取结果从不同的角度反映出内潮波的特征，通常采用的方法主要包括：采用高通滤波、多项式拟合等滤波方法分离正压流和斜压流，提取内潮波的全日及半日周期特征；采用SAR图像对内潮波进行检测和定向，得出内潮波的空间分布特征；采用调和分析方法对海水温度或盐度资料进行分析，得到内潮波不同分潮的调和常数，从而得出不同分潮在整体内潮波中所占的比重；采用数值模式对内潮波进行模拟研究，得出内潮波的生成与传播机制等。由于海洋观测数据获取的困难性，研究内潮波所需要的资料比较缺乏，当采用调和分析方法研究内潮波时由于频率混淆的原因，需要使用长时间、高分辨率的数据资料才能有效分离不同频率的波长，这更加减少了能够使用的观测资料数量。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种克服了系泊观测资料覆盖范围小、卫星观测资料时间分辨率低以及无法观测到水下的不足的基于海洋再分析资料的内潮波特征提取方法。为解决上述技术问题，本专利技术的一种内潮波特征提取方法，包括以下步骤：步骤一：对海洋再分析资料进行预处理：从每个海洋再分析资料文件中提取不同时刻的研究地点的数据值，构成再分析资料时间序列；步骤二：验证再分析资料提取研究地点的内潮波特征信息的可靠性；步骤三：对研究时间段进行精细划分；步骤四：计算等温线波动幅度值；步骤五：利用步骤四获得的等温线波动幅度值提取内潮波特征信息。作为本专利技术的一种优选方案，步骤二所述验证再分析资料提取研究地点的内潮波特征信息的可靠性具体包括：步骤2.1：计算再分析资料与系泊观测资料的均方根误差步骤2.2：再分析资料与系泊观测资料的调和分析结果对比步骤2.3：当均方根误差和调和常数差距满足可靠性判定条件，则判定为可靠。本专利技术的有益效果：与传统的内潮波特征提取相比，本专利技术的显著特征在于：采用海洋再分析资料进行内潮波的研究，此种数据资料的时空分辨率高，地理覆盖范围广，并且水下数据充足，利于研究水下内潮波的时间变化特征。首先验证了在研究区域内使用再分析资料的可行性，再根据等温线随时间的变化对研究时间段进行划分，将海洋中的季节对内潮波现象的影响考虑在内，提高了提取结果的准确性。通过再分析资料的等温线变化幅度数据进行调和分析，更加直观地反映出内潮波主要成分的特征。本专利采用的海洋再分析资料很好地解决了上述问题。再分析资料是指融合了多种不同来源数据的资料。这些数据可以是卫星观测数据、系泊观测数据、数值模式数据等，通过对这些数据的分析和处理将它们融合成全新的完整数据集即为再分析资料。海洋再分析资料通过模式产生，是融合了包括历史数据在内的不同来源数据的一种新型数据资料，它克服了系泊观测资料覆盖范围小、卫星观测资料时间分辨率低以及无法观测到水下的不足，并且海洋再分析资料中包括多种海洋要素，比如海水温度、海水盐度、海流流速等。此外在不同的时间段内，海洋中的等温线位置具有明显的变化，若直接采用较长时间序列的海水温度资料进行调和分析来探究内潮波，得出的结果是忽略了季度影响的不准确结果。本专利在进行调和分析之前，先对时间段进行精细划分，在各个子时间段内进行调和分析，并且采用等温线波动幅度数据进行调和分析，得到的结果能较为准确地反映出内潮波的时间变化特征，更加直观地反映出内潮波不同分潮所占的贡献。(1)证明再分析资料可以在内潮波较为活跃的地区用来提取内潮波的特征信息，为研究内潮波提供了新的数据支持。(2)根据不同时间水下等温线分布情况，对调和分析时间段进行精细划分，在各个子时间段内进行调和分析，使得海洋季节对内潮波的影响被考虑，调和分析结果更能反映出内潮波的真实情况。(3)将等温线所在位置与基准线做差，得出等温线波动幅度，将等温线波动幅度作为调和分析的输入数据，调和分析结果更加直观地反映出内潮波主要成分的特征。附图说明图1为基于海洋再分析资料的内潮波特征提取方法流程图具体实施方式本专利技术提出一种基于海洋再分析资料的内潮波特征信息提取方法，实现对内潮波进行更加准确、直观的特征信息提取。该方法的具体实施包括对海洋再分析数据进行预处理，对比处理过后的再分析数据和系泊观测数据，验证再分析数据在研究地点研究内潮波的可靠性，对研究时间段进行精细划分，在各个子时间段内，将等温线波动幅度数据作为输入数据进行调和分析。本专利技术所述的基于再分析资料的内潮波特征提取方法，执行流程如图1所示。下面将对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出的一种基于海洋再分析资料的内潮波特征提取方法，具体包括以下几个步骤：步骤一：对海洋再分析资料进行预处理。本专利采用的再分析资料文件以时间命名，每个文件数据的经度范围为西经180°到东经179.9°，纬度范围为南纬89.95°到北纬89.95°。从每个数据文件中提取不同时刻的研究地点的数据值，本专利主要研究地点位于中国南海海域，经纬度范围在99°10′E到122°10′E，3°S到23°27′N之间。由于南海海域与再分析资料形成对比的观测资料获取困难，故再分析资料可靠性验证实验的数据资料地点选择赤道(0°N，165°E)位置处。步骤二：验证再分析资料提取研究地点的内潮波特征信息的可靠性。可靠性验证具体包括以下几个步骤：步骤2.1再分析资料与系泊观测资料的均方根误差计算。选取相同经纬度(0°N，165°E)、相同时间(1992年7月31日0时)的再分析资料和系泊观测资料，选择水下温度变量，对两种资料水下每一层的温度做差，得出水下每层两种资料的差值，利用各个水层的差值计算整个垂向剖面的两种资料均方根误差值。本专利中计算出的均方根误差结果值大概占垂向水层平均海水温度值的5％。步骤2.2再分析资料与系泊观测资料的调和分析结果对比。选择相同经纬度(0°N，165°E)、相同水下深度(水下150米)、相同时间段内(1992年1月到3月)的再分析海水温度资料与系泊观测海水温度资料进行调和分析，具体步骤如下：(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内潮波特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：对海洋再分析资料进行预处理：从每个海洋再分析资料文件中提取不同时刻的研究地点的数据值，构成再分析资料时间序列；/n步骤二：验证再分析资料提取研究地点的内潮波特征信息的可靠性；/n步骤三：对研究时间段进行精细划分；/n步骤四：计算等温线波动幅度值；/n步骤五：利用步骤四获得的等温线波动幅度值提取内潮波特征信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种内潮波特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对海洋再分析资料进行预处理：从每个海洋再分析资料文件中提取不同时刻的研究地点的数据值，构成再分析资料时间序列；
步骤二：验证再分析资料提取研究地点的内潮波特征信息的可靠性；
步骤三：对研究时间段进行精细划分；
步骤四：计算等温线波动幅度值；
步骤五：利用步骤四获得的等温线波动幅度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，吴桐，何忠杰，刘厂，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23