[發(fā)明專利]一種預(yù)測海洋次表層溫度異常的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010945127.6
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112070308A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫佳龍;張弛;沈智超;徐霞蔚;蔣宇軒;周衛(wèi)國;余永久;郭淑艷
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇海洋大學(xué);江蘇空聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)有限公司;江蘇省海洋資源開發(fā)研究院（連云港）
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06K9/62;G06Q50/26
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 嚴(yán)志平

1.一種預(yù)測海洋次表層溫度異常的方法，其特征在于：所述步驟如下：

S1:獲得海洋表面觀測數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)為海洋表面實(shí)測的數(shù)據(jù)；

S2:通過海洋表面實(shí)測的數(shù)據(jù)與支持向量機(jī)結(jié)合預(yù)測得出海洋次表層溫度異常數(shù)據(jù)；

S3:采用中尺度渦識別方法，對海洋次表層溫度異常數(shù)據(jù)處理，提高數(shù)據(jù)精度；

S4:將S3中的海洋次表層溫度異常數(shù)據(jù)與實(shí)測次表層溫度異常對比；

S5:得到預(yù)測的海洋次表層溫度異常數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測海洋次表層溫度異常的方法，其特征在于：海洋表面實(shí)測的數(shù)據(jù)包括海表溫度數(shù)據(jù)、海表鹽度數(shù)據(jù)、海表風(fēng)場數(shù)據(jù)以及海表高程數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測海洋次表層溫度異常的方法，其特征在于：氣候平均態(tài)數(shù)據(jù)來源于近20年的海表數(shù)據(jù)，所述海表數(shù)據(jù)包括海表溫度數(shù)據(jù)、海表鹽度數(shù)據(jù)、海表風(fēng)場數(shù)據(jù)以及海表高程數(shù)據(jù)，求出氣候平均態(tài)，得到異常數(shù)據(jù)(海表溫度異常、海表鹽度異常、海表風(fēng)場異常以及海表高程異常)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測海洋次表層溫度異常的方法，其特征在于：中尺度渦識別滿足如下條件：

單個海表異常數(shù)據(jù)場在空間上進(jìn)行高通濾波，去除緯向(經(jīng)向)大(小)半徑為10°(5°)的高斯濾波器并獲得的平滑場，

(1)通過形狀測試：海表異常數(shù)據(jù)的封閉輪廓(C_C)偏離其擬合圓的面積之和，與其擬合圓面積之比，稱為形狀誤差，使其誤差小于55％；其誤差公式如下：

其中，為封閉輪廓偏離其擬合圓的面積之和，為擬合圓面積；

(2)封閉輪廓所圍面積內(nèi)包含的像素數(shù)，滿足以下條件：

I_minII_max

其中，I_min＝8和I_max＝1000。

(3)只包含SLA值高于(低于)當(dāng)前反氣旋渦(氣旋渦)SLA區(qū)間值的像素；

(4)包含不包括一個反氣旋渦(氣旋渦)的本地SLA最大值(最小值)；

(5)封閉輪廓內(nèi)的SSH最大值與最小值之差，稱為振幅A，滿足以下條件：

1cm≤A≤150cm

當(dāng)一個封閉輪廓(通過高通濾波與平滑后得到的SLA的插值輪廓，C_C)通過上述測試后，該輪廓內(nèi)被識別為一個氣旋渦，該輪廓被稱為渦流的有效周長(C_eff)。其相關(guān)有效半徑(L_eff)為與C_eff所包圍區(qū)域面積相同的圓的半徑，C_eff的質(zhì)心用P_eff表示，同面積并且以P_eff為圓心的用⊙P_eff表示；

最后，屏蔽渦旋對應(yīng)的SLA像素，使得該區(qū)域無法進(jìn)行進(jìn)一步的渦旋識別。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測海洋次表層溫度異常的方法，其特征在于：支持向量機(jī)方法如下：

SVR具有稀疏性，若樣本點(diǎn)與回歸模型足夠接近，即落入回歸模型的間隔邊界內(nèi)，則該樣本不計算損失，對應(yīng)的損失系數(shù)稱之為ε-不敏感系數(shù)(ε-insensitive loss)：L(z)＝max(o,|z|-∈)，其中ε是決定間隔邊界寬度的超參數(shù)。使用松弛變量表示不敏感損失函數(shù)的分段取值后可得：

s.t.y_i-f(X)≤∈+ξ_i

ξ≥0,ξ^*≥0

通過引入拉格朗日乘子：α,α^*,μ,μ^*可得其拉格朗日函數(shù)和對偶問題：

其中對偶問題有如下KKT條件：

對該對偶問題進(jìn)行求解可以得到SVR的形式為：

本文采用的模型是ε-SVR模型，當(dāng)且僅當(dāng)模型預(yù)測值f(x)與真實(shí)值y，滿足|f(x)-y|ε時，才計算模型損失。這樣可以實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)的魯棒性回歸，保留了SVM的優(yōu)點(diǎn)，泛化能力更強(qiáng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測海洋次表層溫度異常的方法，其特征在于：在支持向量機(jī)中使用經(jīng)過py-eddy-tracker高斯濾波篩選。