[發明專利]多線段最小二乘擬合計算海洋躍層特征值的方法

在審

• 申請號: 201811030514.6
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109145486A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 孫佳慧
• 申請（專利權）人: 南通晟霖格爾電子科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了多線段最小二乘擬合計算海洋躍層特征值的方法。該方法包括以下步驟：(1)建立由A、B、C、D四條線段組成的數據剖面結構模型；(2)用臨界值和最小二乘相結合的方法確定A、B、C、D四條線段的最佳相交點a、b、c；(3)根據a、b、c三點的深度、深度差及所在深度的實測數據，可計算出海洋躍層的特征值，即躍層的深度、厚度、強度。本發明實施例顯示該方法對深海區、陸架坡折區和淺海區的溫躍層拐點確定準確，刻畫的躍層結構均與實際剖面結構吻合良好，用本發明方法計算躍層特征值無需因水深的不同而改變躍層評判標準或更換計算方法，具有對海洋躍層自動識別率高的特點。

技術領域

本發明涉及海洋科學研究及應用領域，尤其主要涉及物理海洋學躍層特征值的計算方法。

背景技術

躍層是發生在海洋里的重要物理現象之一，對漁業生產、海洋資源開發和潛艇活動等有著直接的影響，是物理海洋學研究的一個重要組成部分。海洋躍層按照要素可分為溫躍層、鹽躍層、密躍層及聲速躍層。在躍層的分析中，通常用躍層深度(D)、躍層強度(r)和躍層厚度(H)作為描述躍層的特征值。《海洋調查規范》(GB/T 12763.7-2007)對躍層特征值的定義為：“某要素垂直分布曲線上曲率最大的點A、B(習慣上稱“拐點”)分別稱為頂界和底界(見圖1)，A點所在的深度(Z_A)為躍層的頂界深度；B點所在的深度(Z _B)為躍層的底界深度；ΔZ(Z_B-Z_A)為躍層厚度，當A、B兩點對應的某要素差值為ΔX(X_B-X_A)時，則躍層的強度為±ΔX/ΔZ”。因此躍層特征值的計算依賴于躍層上界點和下界點的確定。我國海洋研究學者針對躍層上、下界點的確定作了大量的研究，代表性的方法有以下三種：(1)垂向梯度法；(2)曲率極值點法；(3)擬階梯函數逼近法。下面我們以溫度躍層為例對三種方法進行簡述。

垂向梯度法由毛漢禮先生在1964年編寫的《全國海洋綜合調查報告》(第三冊)中提出，目前仍為我國《海洋調查規范》(GB/T 12763.7-2007)所采納用于躍層特征值的計算。其計算溫度躍層特征值的方法是自海面到海底將海水水文要素分為N層，并設各層的溫度梯度為R。當一個溫度剖面中某一段的垂向梯度大于臨界值時(水深≤200m時，臨界值為0.2℃/m；水深>200m時，臨界值為0.05℃/m)，便確定該段為溫度躍層，并以該段頂部水深為躍層上界，該段底部水深為躍層下界，躍層上、下界點的深度差為躍層厚度，該段整個垂向溫度梯度的平均值為躍層強度。然而該方法在實際應用中有兩個突出的問題：(1)在深海區(水深>200m)和淺海區(水深≤200m)采用兩個不同的躍層判別標準，這就會在淺海和深海交匯處造成躍層的不連續；(2)用CTD設備觀測的溫度剖面數據顯示，溫度剖面的垂向梯度大于臨界值的水層會有多個且不一定連續，如何識別和合并躍層需要人為主觀判定。

曲率極值點法是用數據曲線的曲率極值這一量化標準確定躍層界點，這個方法在數據曲線比較光滑、躍層拐點比較明顯時計算結果較理想，但當躍層的邊界不夠明顯、或出現多階梯狀結構時，就難以確定躍層的上、下界點。目前，用CTD設備觀測的溫度剖面數據中經常會有多階梯狀結構出現，因此現在很少有人使用這一方法。

葛人峰等(2003)提出了擬階梯函數逼近法計算陸架海區溫躍層特征值，用階梯函數最小二乘逼近的方法計算躍層特征值。這個方法在陸架坡折以淺海域應用效果較好，但對深海區躍層特征值計算適用性較差。