[發明專利]基于經驗正交函數分解的海洋多要素中長期統計預測方法

有效

• 申請號: 201910391323.0
• 申請日: 2019-05-12
• 公開（公告）號: CN110222872B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 邵祺;李威;梁康壯;白楊;賈彬鶴
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

本發明公開了一種基于經驗正交函數分解的海洋多要素中長期統計預測方法：(1)基于待分析和預測海洋的再分析資料，構建歷年逐日海洋統計再分析樣本矩陣；(2)將海洋各類要素的季節信號與非季節信號進行分離，得到歷年逐日的海洋再分析距平樣本矩陣；(3)構建海洋多要素時空四維正交模態；(4)構建海洋多要素中長期統計預測模型；(5)采用步驟4構建的海洋多要素中長期統計預測模型對海洋各類要素進行預報。本發明基于足夠長時間序列的海洋再分析產品，通過統計規律，構建海洋動力熱力環境中長期預測方法，使海洋預測在傳統海洋預報模式的基礎之上大幅度提高海洋預報的時效，為有效提高中長期海洋環境安全保障水平奠定技術基礎。

技術領域

本發明涉及海洋要素預報技術，特別涉及一種基于經驗正交函數(Empiricalorthogonal?function,EOF)分解的海洋多要素中長期統計預測方法。本發明方法主要應用于水下移動平臺執行任務時的海洋要素預報工作，對海面高度、海表溫度等要素做出時效為1～3個月的預報。

背景技術

目前海洋環境保障所需要的海水鹽度、溫度以及海流、密度等海洋環境信息，主要依賴于大量的歷史資料，基于統計分析或再分析等手段，獲得海洋氣候態統計分析產品或長時間序列海洋再分析產品，但是這類產品是對過去海洋環境狀態的描述，而非現在或未來狀態的表示和預測。

水下移動平臺在執行任務時，通常要在水下潛行3個月左右時間，期間的海洋環境保障主要依靠其自身攜帶的觀測設備或海洋氣候態統計分析產品，出于隱蔽性方面的考慮，需要提前預知水下移動平臺周圍一定范圍之內的海洋環境信息，但移動平臺自身所攜帶的觀測設備只能觀測到航跡上當前的海洋環境信息，而氣候態產品也無法提供未來時刻的預報，故需要業務化海洋學為其提供時效為1～3個月左右海洋數值預測預報結果，作為海洋環境安全保障的支撐。

當前海洋預測技術主要依靠數值模式進行，但是模式受對應的氣象驅動場最長預報時效只有10天的限制，無法提供10天以上的數值預報產品。同時，傳統海洋數值預報模式在參數選擇、計算平臺方面有很大的要求。

綜上所述，戰略級海洋環境保障急需研制一種小型化、簡便的，且預報時效可達1～3個月的中長期海洋環境預測產品，故本專利提出一種基于經驗正交函數(Empiricalorthogonal?function,EOF)分解的海洋多要素中長期統計預測方法。

發明內容

本發明針對水下移動平臺在執行海洋任務時對于1～3個月左右的海洋環境數值預報結果的需求，提供一種小型化、簡便的、中長期海洋環境預測方法。能夠彌補傳統的數值預報方法由于氣象驅動時效的限制而導致的海洋要素預報時效較短的缺陷，且不需要具備高性能計算平臺，對計算平臺的要求較低。利用本發明中長期統計預報方法，水下移動平臺在執行任務時，可以在保證自身隱蔽性的前提下對海洋各要素做出時效為1～3個月左右的環境預報，為有效提高中長期海洋環境戰略級安全保障水平奠定技術基礎，因此具有較大的科學意義和應用價值。

本發明所采用的技術方案是：一種基于經驗正交函數分解的海洋多要素中長期統計預測方法，包括以下步驟：

步驟1，基于待分析和預測海洋的再分析資料，構建歷年逐日海洋統計再分析樣本矩陣；

步驟2，基于步驟1得到的歷年逐日海洋統計再分析樣本矩陣，將海洋各類要素的季節信號與非季節信號進行分離，得到歷年逐日的海洋再分析距平樣本矩陣；

步驟3，基于步驟2信號分離之后的歷年逐日的海洋再分析距平樣本矩陣，構建海洋多要素時空四維正交模態；

步驟4，基于步驟3得到的海洋多要素時空四維正交模態，構建海洋多要素中長期統計預測模型；

步驟5，采用步驟4構建的海洋多要素中長期統計預測模型對海洋各類要素進行預報。

進一步地，步驟1中，所述的年逐日海洋統計再分析樣本矩陣構建方法為：