[發明專利]一種識別海洋湍流慣性副區的方法

有效

• 申請號: 202010637344.9
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111881409B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 凡仁福;趙偉;魏皓;聶紅濤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06F17/17;G01M10/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種識別海洋湍流慣性副區的方法，包括下列步驟：

(1)將聲學多普勒點式流速儀垂直平穩地放置在海底，進行定點高頻觀測，測量記錄地球坐標系下單點高頻垂向流速數據；

(2)對高頻垂向流速數據進行分段，去掉平均流變化趨勢，獲得垂向脈動流速；

(3)對獲得的垂向脈動流速做傅里葉變換得到垂向脈動流速頻率譜；

(4)在垂向脈動流速頻率譜中，頻率譜密度φ(f)與頻率f之間存在以下關系：

其中，U_m表示流速大小，α表示一維Kolmogorov普適常數，取為0.71，將式(1)以f為變量取對數求得：

則定義log₁₀[φ(f)]與log₁₀(f)之間的關系如下：

log₁₀[φ(f)]＝βlog₁₀(f)+γ (3)

其中，β和γ表示擬合參數值；

(5)根據式(2)和式(3)可知，若要在垂向脈動流速頻率譜中識別出湍流慣性副區，就是使β值接近-5/3，步驟如下：

[5. 1]在垂向脈動流速頻率譜中，定義一個初始樣本窗，讓初始樣本窗從頻率譜的低頻段開始，對落在初始樣本窗內的φ(f)與f值根據式(3)做線性最小二乘擬合，求出β值，也就是擬合的斜率值，將其記錄下來；

[5. 2]然后將初始樣本窗向右側移動1個頻率間隔，再根據落在初始樣本窗內的φ(f)與f值求出β值并記錄下來，依次類推，直到求出β值和-5/3的誤差小于5％時則可界定為湍流慣性副區頻率下界；

[5. 3]從湍流慣性副區頻率下界的位置開始，將初始樣本窗寬度增大1個頻率間隔，然后對落在這個范圍內的φ(f)與f值依據式(3)做線性最小二乘擬合求出記錄下β值，若β值和-5/3的誤差仍小于5％，再將初始樣本窗寬度增大2個頻率間隔，然后求出記錄下β值，依次類推，直到求出β值和-5/3的誤差大于5％時則可界定為湍流慣性副區頻率上界；

(6)利用界定出湍流慣性副區頻率上界時所對應的γ值根據式(4)估計出代表海洋湍流耗散強度的關鍵指標，湍動能耗散率ε：