[發明專利]一種高度計風浪和涌浪有效波高分離方法

有效

• 申請號: 201810025864.7
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108363676B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 李水清;侯一筠
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06N3/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明涉及一種高度計風浪和涌浪有效波高分離方法，包括以下步驟：構建高度計雙波段后向散射系數關于風速和波齡的特征函數關系；求解風速和波齡關于雙波段后向散射系數的反函數關系，利用高度計觀測的雙波段后向散射系數計算風速和波齡；計算風浪有效波高，并結合高度計觀測的波浪總有效波高波高計算涌浪有效波高。本發明實現了高度計觀測的波浪有效波高中風浪和涌浪有效波高的分離，提高了其海洋動力環境監測辨識能力，獲得了高度計新型數據產品，滿足了科學研究和工程應用的不同需求。

技術領域

本發明涉及一種風浪和涌浪有效波高的分離方法，具體地說，是一種高度計風浪和涌浪有效波高分離方法，屬于海洋遙感技術領域。

背景技術

波浪是海洋表面最顯著的物理現象。波浪經常以風浪和涌浪并存的混合浪形式存在，風浪是指當地風產生的波浪，而涌浪是由其他海區傳來的波浪。風浪和涌浪有顯著的特征差異：風浪具有強非線性特征，是海氣邊界層過程的重要研究對象；而涌浪具有較強的破壞力，在海洋工程中有重要應用。因此，準確的分離波浪中的風浪和涌浪成分，獲取風浪和涌浪的長期、大范圍的觀測數據，有重要的科學和實際應用價值。

海面上的波浪是一種隨機過程，波高大小不一，在實際應用中通常選用某種代表意義的特征波高，有效波高代表1/3大波平均波高，是最常用的波浪特征參量。目前已有觀測手段，只有海面定點觀測和船載觀測可以獲取風浪和涌浪有效波高數據。海面定點觀測主要基于浮標觀測，其優點是觀測精度和可靠性高，但觀測分布稀疏，觀測區域極為有限，難以實現大范圍觀測。船載觀測也存在觀測范圍有限的問題，并存在觀測時間短，觀測成本高等問題。星載觀測海浪的手段可以基于合成孔徑雷達和高度計，其中合成孔徑雷達在一般海況下僅能觀測涌浪波高，無法觀測到風浪有效波高。高度計可以實現波浪有效波高的全球覆蓋區域的觀測，但是已有技術無法分離其波浪有效波高中的風浪和涌浪成分。發展一種基于高度計星下點觀測的風浪和涌浪有效波高分離方法，以提供大范圍尺度的風浪和涌浪有效波高觀測數據，實現波浪狀態的更加準確的觀測識別，將為海洋科學研究和工程應用提供有力支持。

發明內容

針對上述技術不足，本發明的目的是提供一種高度計風浪和涌浪有效波高分離方法。該方法可以實現高度計觀測的波浪有效波高中風浪和涌浪有效波高的分離，填補了相關技術領域的空白，提高了高度計觀測的海面波浪狀態的辨識能力。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：一種高度計風浪和涌浪有效波高分離方法，包括以下步驟：

構建高度計雙波段后向散射系數關于風速和波齡的特征函數關系；

求解風速和波齡關于雙波段后向散射系數的反函數關系，通過高度計觀測的雙波段后向散射系數計算風速和波齡；

根據風速和波齡得到風浪有效波高，并結合高度計觀測的波浪有效波高得到涌浪有效波高。

構建高度計雙波段后向散射系數關于風速和波齡的特征函數關系，包括以下步驟：

通過鏡面反射理論和風浪譜模型建立高度計雙波段后向散射系數關于風速和波齡的特征函數關系；

通過觀測數據確定特征函數關系中的待定系數，將待定系數帶入特征函數關系中，得到雙波段后向散射系數的特征函數關系。

所述通過鏡面反射理論和風浪譜模型建立高度計雙波段后向散射系數關于風速和波齡的特征函數關系包括以下步驟：

后向散射系數σ₀表示為菲涅爾反射系數和均方波陡的比值：

σ₀＝R/s² (1)

其中R是菲涅爾反射系數，s²是海表均方波陡，其中均方波陡為風浪譜積分的形式：