本发明专利技术公开一种基于卫星遥感的三维海流实时快速分析系统的构建方法，利用实时卫星观测海面温度(SST)、海面盐度(SSS)和海面高度异常(SSHa)垂向反演得到的三维温度和盐度场同化现场观测温盐剖面资料得到三维温度和盐度分析场，对三维海流再分析背景场进行地转流订正，以及利用卫星观测海面风场计算风海流，对三维海流再分析背景场进行风海流订正，并基于可视化平台构建三维海流实时快速分析系统。该系统以小型化和快速分析为特点，可以加载到舰船上，为其提供实时海洋环境条件保障，包括海面高度、三维海流、温度、盐度和声场等。盐度和声场等。盐度和声场等。
【技术实现步骤摘要】
基于卫星遥感的三维海流实时快速分析系统的构建方法
[0001]本专利技术属于海洋信息
，具体涉及以提供三维海流实时分析场为目标，以构建三维海流实时快速分析系统(Quick Real
‑
Time Ocean Current Analysis System)为技术支撑，并通过可视化界面将上述分析系统实时输出结果进行展示的海流条件保障系统。
技术介绍
[0002]海流作为一个重要的海洋环境要素被应用到很多民用和军事领域，例如海上船只航行安全、搜救、溢油灾害处置以及武器平台等。在民用船只航行安全方面，船舶安全一直是航运界非常关注的问题。长期以来,世界各海运国家在船舶安全方面做了大量工作。然而，随着近年来航运业的快速发展，全球范围内的船舶碰撞、搁浅、火灾、爆炸、污染等事故屡屡发生，并造成了严重后果。综合分析这些事故，可以发现，影响船舶航行安全的因素主要有人为因素、船舶因素和环境因素三方面。而在环境因素中，海上环境中的海流条件又对舰船的航行有较大影响。对于军用舰船，除了水面舰艇的海流条件保障，潜艇航行需要水下海流条件的保障。而对于武器平台而言，水下发射导弹、布设水雷、鱼雷攻击都需要提供实时海流条件的保障，以便及时修正战术指挥海流参数。在海上搜救和溢油灾害处理方面，同样离不开海流条件的保障。而对于航天卫星发射的测量船而言，搜寻卫星发射坠海目标时，海流是不可或缺的海洋环境条件之一。
[0003]目前利用常规手段对大面积海域的表面海流实施高频率实时观测几乎是不可能的。传统的定点海流测量设备，无法覆盖大面积的探测区域，只能以一个或多个探测点数据代表区域的海流分布，且耗费的人力、物力、财力和时间成本较高。而卫星遥感资料具有覆盖范围广、时间分辨率和空间分辨率高的特点，研究如何利用实时或准实时获取的卫星遥感资料开展海流反演，具有重要的理论和实践意义。美国国家航空航天局利用卫星测高、测温和测风资料基于地转平衡、Ekman和Stommel剪切动力学以及海表浮力梯度补偿模型构建了实时海洋表层流分析场(Ocean Surface Current Analysis Real
‑
Time,OSCAR)。但对于获取三维实时海流分析场的方法研究尚并不多见。因此，研究一种小型化的三维海流实时快速分析系统加载到舰船上，为舰船航行等提供实时自主海洋环境保障，势在必行。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于卫星遥感的三维海流实时快速分析系统的构建方法。本专利技术利用实时或准实时卫星观测海面温度(SST)、海面盐度(SSS)和海面高度异常(SSHa)垂向反演得到的三维温度和盐度场同化现场观测温盐剖面资料得到三维温度和盐度分析场，对三维海流再分析背景场进行地转流订正，以及利用卫星观测海面风场计算风海流，对三维海流再分析背景场进行风海流订正，并基于可视化平台构建三维海流实时快速分析系统。该系统以小型化和快速分析为特点，可以加载到舰船上，为其提供实时海洋环境条件保障，包括海面高度、三维海流、温度、盐度和声场等。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]基于卫星遥感的三维海流实时快速分析系统的构建方法，包括以下步骤：
[0007](1)利用海洋再分析产品中的海流再分析数据，获取目标海域逐日海流的三维空间分布，获得逐日实时海流背景场；
[0008](2)将获取的实时或准实时卫星观测海面温度(SST)、海面盐度(SSS)和海面高度异常(SSHa)向水下延拓，获取温度和盐度的三维结构分析场；
[0009](3)由温度和盐度三维结构分析场和卫星观测海面高度异常计算地转流，以及由海洋再分析产品中的温度、盐度和海面高度异常数据计算地转流，计算两个地转流之间的差异即得到逐日的地转流订正项，完成地转流订正模型的构建；
[0010](4)由卫星观测海面风场计算风海流，以及由海洋再分析产品的驱动风场计算风海流，计算两个风海流之间的的差异获得逐日的风海流订正项，完成风海流订正模型的构建；
[0011](5)将地转流订正项和风海流订正项叠加到海流背景场中，获取逐日的三维海流分析场；
[0012](6)通过Fortran及Python软件，从相应的网站下载并处理实时或准实时的卫星海面数据，输入到地转流订正模型和风海流订正模型中，以获得三维温度、盐度和海流的实时分析场，形成一套完整的三维海流实时快速分析系统(Quick Real
‑
Time Ocean Current Analysis System)；
[0013]进一步的，步骤(2)中具体包括以下步骤：
[0014](201)温度和盐度剖面观测资料的收集和质量控制；
[0015](202)建立温盐关系模型；
[0016](203)构建由海面温度(SST)、海面盐度(SSS)和海面高度异常(SSHa)联合反演温度和盐度的剖面模型。
[0017]进一步的，本专利技术还提供一种三维海流实时快速分析系统的应用，基于Python构建可视化平台，将三维海流实时快速分析系统得到的三维温度、盐度和海流的实时分析场进行图形展示，便于用户使用。
[0018]进一步的，本专利技术还提供一种三维海流实时快速分析系统的使用方法，包括以下步骤：
[0019]1)下载实时或准实时的卫星海面高度，海面温度和来自于GTSPP的温盐剖面观测资料以及海面分析风场数据；
[0020]2)对下载的数据进行解压和格式转换，将卫星海面高度，海面温度，盐度剖面和海面风场数据转换成系统需要的格式；
[0021]3)利用海面温度反演温度剖面模型、海面高度反演温度剖面模型、海面温度与海面高度联合反演温度剖面模型以及温盐关系模型，结合实时或准实时的卫星海面温度、海面高度数据来反演温盐剖面；
[0022]4)对来自GTSPP的温盐剖面数据进行质量控制，包括区域检验、重复深度检验、深度颠倒检验、温盐范围检验、温度与盐度梯度检验和密度稳定性检验；
[0023]5)以卫星海面温度和海面高度联合反演的温盐剖面为背景场，利用多重网格三维变分数据同化方法，同化实时或准实时的温盐剖面观测数据，获得实时的温盐分析场；
[0024]6)利用实时的温盐分析场数据以及卫星观测海面高度异常数据计算地转流，以及利用海洋再分析产品中的温度、盐度和海面高度异常数据计算地转流，计算两个地转流之间的差异，获得地转流订正项；
[0025]7)利用海面分析风场数据计算风海流，以及利用由研制海洋再分析产品时所使用的风场驱动场的累年逐日统计分析风场计算风海流，计算两个风海流之间的差异，获得风海流订正项；
[0026]8)以对海洋再分析产品进行累年逐日统计后得到的逐日海流统计分析产品为海流背景场，将上述地转流订正项和风海流订正项叠加到背景场中，获得三维实时海流分析场；
[0027]9)最后利用可视化软件，生成温度、盐度、密度、声速和海流等要素的水平分布图、区域水平分布图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于卫星遥感的三维海流实时快速分析系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用海洋再分析产品中的海流再分析数据，获取目标海域逐日海流的三维空间分布，获得逐日实时海流背景场；(2)将获取的实时或准实时(near realtime)卫星观测海面温度(SST)、海面盐度(SSS)和海面高度异常(SSHa)向水下延拓，获取温度和盐度的三维结构分析场；(3)由温度和盐度三维结构分析场和卫星观测海面高度异常计算地转流，以及由海洋再分析产品中的温度、盐度和海面高度异常数据计算地转流，计算两个地转流之间的差异即得到逐日的地转流订正项，完成地转流订正模型的构建；(4)由卫星观测海面风场计算风海流，以及由海洋再分析产品的驱动风场计算风海流，计算两个风海流之间的的差异获得逐日的风海流订正项，完成风海流订正模型的构建；(5)将地转流订正项和风海流订正项叠加到海流背景场中，获取逐日的三维海流分析场；(6)通过Fortran及Python软件，从相应的网站下载并处理实时或准实时的卫星海面数据，输入到地转流订正模型和风海流订正模型中，以获得三维温度、盐度和海流的实时分析场，形成一套完整的三维海流实时快速分析系统。2.根据权利要求1所述基于卫星遥感的三维海流实时快速分析系统的构建方法，其特征在于，步骤(2)中具体包括以下步骤：(201)温度和盐度剖面观测资料的收集和质量控制；(202)建立温盐关系模型；(203)构建由海面温度(SST)、海面盐度(SSS)和海面高度异常(SSHa)联合反演温度和盐度的剖面模型。3.一种三维海流实时快速分析系统的应用，其特征在于，基于Python构建可视化平台，将三维海流实时快速分析系统得到的三维温度、盐度和海流的实时分析场进行图形展示，便于用户使用。4.一种三维海流实时快速分析系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：1)下载实时或准实时的卫星海面高度，海面温度和来自于GTSPP的温盐剖面观测资料以及海面分析风场...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿倩倩，李威，韩雨辰，梁康壮，韩桂军，郭晓娅，荆天，董婉秋，刘帅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。