一种近表层海流数据可信性判断的方法技术

本发明专利技术涉及一种近表层海流数据可信性判断的方法，属于海洋环境监测领域，所述方法为测量海流获得海流原始数据，海流原始数据经过仪器配套软件输出为二进制文件；根据仪器测量设置参数，计算ADCP测量的传统声学旁瓣效应影响深度；计算观测时段内的Ekman深度序列；计算观测时段内近海面1/4 Ekman深度序列；根据近海面1/4 Ekman深度序列和旁瓣效应影响深度两极限值判断测量海流数据的可信性，对数据取舍；所述方法考虑了近海面处ADCP海流数据质量和风等外界动力环境场间的影响，能够比较准确的给定外界动力场在界面处对ADCP垂向测量深度的影响范围，从而获得由海底到海面的一个更完整的剖面流分布。完整的剖面流分布。完整的剖面流分布。

【技术实现步骤摘要】
一种近表层海流数据可信性判断的方法


[0001]本专利技术属于海洋环境监测领域，具体的涉及一种近表层海流数据可信性判断的方法。

技术介绍

[0002]近年声学多普勒测流仪被普遍应用测量海流，所获数据被用以验证和同化水动力模型，也被用以监测海洋生态系统、规划和保障海上作业。准确的海流数据有助于追踪污染源，如化学品或污水泄漏，并有效、可靠地为海洋环境变化研究提供信息。面向未来，海洋科学的发展和重大海洋科学问题的解决，更依赖于准确有效的海洋数据。
[0003]近海面表层由于界面影响、外界动力致使的气泡等因素影响，ADCP声波信号在海面附近发生反射、散射。在海面下10米深度内，数据良好率通常数值较高，但测量的海流剖面垂直结构则存在剧烈变化。因此，海面附近10米深度内的测量海流数据通常不被使用。然而，随着现代科学研究、社会应用方向的需求变化，海洋科学研究正由对海洋平均状况的描述发展为对海洋变化过程的研究，海流观测不仅仅关注海水中的，还越来越多地关注近海表界面处的海流变化。
[0004]从仪器的观测原理看，声波在界面（海面或海底）附近会产生旁瓣反射。海面的旁瓣反射可能与水柱的主波束反射一样强。只在界面处垂向旁瓣反射声波反馈到达之前，主波束的声回波计算的海流有效。理论上，对于20
°
波束角的仪器，海面下的旁瓣反射深度是总量程深度的6%。然而，越来越多的实践表明，被旁瓣反射污染的近海表区域通常大于总量程距离的6%。由于表面重力波的影响，被旁瓣反射污染的近海表深度延伸到比旁瓣反射中心更深的地方，这不仅取决于波束角的大小和ADCP距离海面的高度，还取决于ADCP测量单元的大小。Lentz等（2022）提出海面处的旁瓣反射造成的ADCP仪器测量的可靠海流数据被限制在（+3z/2）以下的深度，其中是传统推算的旁瓣反射影响深度，z是ADCP测量单元的大小。无论，还是（+3 z/2），均为一固定常数。连续观测数据的可信性，应用该固定常数直接判断截取，深度大于该固定常数的，数据可信；深度小于该固定常数的，数据不可信。
[0005] 从外界海洋环境动力场变化来看，海表面风、浪等外力影响显著。通常，海面风越大，浪越高，海面起伏越大；风越小，浪越小，海面越平静。故海面附近的ADCP观测数据质量，多受风等外界海洋动力因素强度影响，而非单纯的ADCP bin size。同样的ADCP bin size设置，外界环境动力条件不同，风浪影响深度也不相同，其对应的ADCP深度影响层数也不同；同样的外界动力环境条件，风浪影响深度近乎相同，不同的ADCP bin size设置，其对应的ADCP影响深度层数也会不同。所以不考虑外界环境场的影响，仅从仪器的测量原理方面取一固定常数为极限值，进行海流数据测量的可靠性判断，有失偏驳。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述技术问题提供一种近表层海流数据可信性判断的方法，所述方法
考虑了近海面处ADCP海流数据质量和风等外界动力环境场间的影响，能够比较准确的给定外界动力场在界面处对ADCP垂向测量深度的影响范围，从而获得由海底到海面的一个更完整的剖面流分布。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种近表层海流数据可信性判断的方法，所述方法的具体步骤如下：步骤1：测量海流获得海流原始数据，海流原始数据经过仪器配套软件输出为二进制文件；步骤2：根据仪器测量设置参数，计算ADCP测量的传统声学旁瓣效应影响深度Z
s1
；步骤3：计算观测时段内的Ekman 深度（）序列；步骤4：计算观测时段内近海面1/4 Ekman 深度序列；步骤5：根据和两极限值判断测量海流数据的可信性，进而据此进行数据取舍；若， 并且，； 则海流数据可信；数据保留；，当；则海流数据不可信；数据舍去；，当；则海流数据不可信；数据舍去；其中，为测量数据深度（即距离海表的水下距离）序列。
[0008]进一步，所述步骤2中的旁瓣效应影响深度计算方法为，其中，是ADCP探头到海表的距离，θ 是 ADCP波束角。
[0009]进一步，所述步骤3中的Ekman 深度序列计算方法为，其中，t表示观测时间序列，是垂直粘性系数，是地理纬度。
[0010]进一步，所述步骤4的计算方法为；其中，为观测时段内的Ekman 深度；为Ekman 深度的近海面1/4深度序列。
[0011]本专利技术与现有技术相比的有益效果：本案例加入了的判断极限选择，所得结果很好的消除了因传统声学旁瓣效应深度位置而致的一刀切式数据判断方式，它可以更好的考虑风浪因素等外部环境影响，从而消除了一刀切的问题，风大时判断深度依据较深，风小时判断深度依据较浅，符合自然环境变化特征，又与传统声学旁瓣效应深度位置结合，充分考虑了仪器测量的特点，能够很好的用来判断可信稳定的海流测量数据，能够更好的对近表层测流数据进行取舍，结果符合物理海洋学认识，有利于测流数据监测的快速、准确的直观识别，能够有效、可靠地为海洋环境变化研究提供信息，能够更好地满足海洋界面附近的海洋科学发展和重大海洋科学问题解决。
附图说明
[0012]图1. 上层水体的海流水平流速的时间序列分布。其中，取海面为零面；图中水平
点线为各测量层中心位置处；图2. 上层水体的海流数据良好率的时间序列分布。其中，取海面为零面；图中水平点线为各测量层中心位置处；图3. 风速、EKMAN深度近海面的1/4位置、EKMAN深度的时间序列分布图。其中，黑色虚线为ADCP测量的传统声学旁瓣效应深度（）；图4. 上层水体的可信海流水平流速的时间序列分布。其中，取海面为零面；灰色粗实线是ADCP测量的传统声学旁瓣效应深度位置（=4m）；黑色粗实线为EKMAN深度近海面的1/4位置；黑色虚线为ADCP声学旁瓣效应延伸影响深度位置（+3
△
z/2=10 m）；黑色细实线为考虑了测量层厚后保留下来的数据上界限（近海面界限）；图5. 上层水体的可信海流数据良好率的时间序列分布。其中，取海面为零面；灰色粗实线是ADCP测量的传统声学旁瓣效应深度位置（=4m）；黑色粗实线为EKMAN深度近海面的1/4位置；黑色虚线为ADCP声学旁瓣效应延伸影响深度位置（+3
△
z/2=10 m）；黑色细实线为考虑了测量层厚后保留下来的数据上界限（近海面界限）。
具体实施方式
[0013]下面通过实施例来对本专利技术的技术方案做进一步研究，但本专利技术的保护范围不受实施例任何形式上的限制。
[0014]实施例1：本案例选取 2018年11月30日—12月24日期间的ADCP测量海流数据，进行本方法的陈述，ADCP测量的上层海流数据序列分布如图1。
[0015]该测量数据是由系泊式ADCP（Sentinel V ADCP，300 kHz），向上发射声波获取的。该站布放在泰国湾10.10
°
N，100.85
°
E的海底（深度：~65米；M1站）。它每1小时测量一次，一次测量1分钟获取60个ping，然后取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近表层海流数据可信性判断的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：步骤1：测量海流获得海流原始数据，海流原始数据经过仪器配套软件输出为二进制文件；步骤2：根据仪器测量设置参数，计算ADCP测量的传统声学旁瓣效应影响深度；步骤3：计算观测时段内的Ekman 深度序列；步骤4：计算观测时段内近海面1/4 Ekman 深度序列；步骤5：根据近海面1/4 Ekman 深度序列和ADCP测量的传统声学旁瓣效应影响深度两极限值判断测量海流数据的可信性，进而据此进行数据取舍；若，且； 则海流数据可信；数据保留；，当； 则海流数据不可信；数据舍去；，当；则海流数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志欣，郭景松，曲大鹏，陈思宇，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：