[發明專利]基于剖面觀測數據的海洋內部溫度場重建方法

有效

• 申請號: 202110324151.2
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113051824B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 蘇華;王安
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/08;G06N3/04;G01K13/02;G01K3/14;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳鼎桂;蔡學俊

本發明涉及一種基于剖面觀測數據的海洋內部溫度場重建方法，包括以下步驟：步驟S1：獲取歷史海洋觀測的剖面數據，并對剖面數據進行格網化預處理，得到格網化剖面觀測數據；步驟S2：通過預設比例隨機選取格網化剖面觀測數據作為交叉驗證集，其余作為輸入數據；步驟S3：根據輸入數據集生成訓練集和測試集；步驟S4：基于卷積自編碼器神經網絡對訓練集進行迭代訓練，構建卷積自編碼器模型；步驟S5：將測試集輸入到自編碼器模型中，重建長時間序列的海洋溫度數據。本發明提高了海洋內部溫度時空觀測分辨率與完整性，在海洋遙感及全球氣候變化領域有較高的應用價值。

技術領域

本發明涉及遙感信息處理與應用領域，具體涉及一種基于剖面觀測數據的海洋內部溫度場重建方法。

背景技術

全球變暖的大背景下，人類越來越重視海洋內部熱力結構變化。海洋溫度和海洋熱含量是表征海洋熱力結構的重要參量，其中海洋溫度是對全球海洋熱力結構變化最直接的反映，是海氣交互作用強烈程度的指標。海洋內部溫度是海洋物理性質的關鍵變量，反映著海洋密度和層化結構，是全球洋流循環的主要驅動因素之一。近年來衛星遙感技術在海洋領域應用成效顯著，但目前遙感在海洋領域大多應用于海表參量反演，無法直接觀測海洋內部信息。縱觀人類對海觀測歷史，主要的剖面觀測儀器主要是一下幾種，1967年以前主要以南森瓶（Nansen bottle）和機械深海溫鹽測量器（Mechanical bathythermographs，MBTs）為主；1968年后至21世紀初主要以拋棄式測溫儀器（Xpendable Bathy Thermograph，XBT）為主；21世紀初期至今，以Argo浮標為主。受不同歷史時期技術條件的限制，海洋觀測剖面空間分布不均，時空分辨率較低。海洋內部動力過程具有時空多維度多尺度特點，基于現有歷史觀測資料填補歷史觀測的空白，重建長時序高時空覆蓋率的海洋溫度場對了解全球海洋的變化機制和過程非常重要。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于剖面觀測數據的海洋內部溫度場重建方法，為海洋環境與全球氣候變化研究提供有力的數據支撐。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于剖面觀測數據的海洋內部溫度場重建方法，包括以下步驟：

步驟S1：獲取歷史海洋觀測的剖面數據，并對剖面數據進行格網化預處理，得到格網化剖面觀測數據；

步驟S2：通過預設比例隨機選取格網化剖面觀測數據作為交叉驗證集，其余作為輸入數據；

步驟S3：根據輸入數據集生成訓練集和測試集；

步驟S4：基于卷積自編碼器神經網絡對訓練集進行迭代訓練，構建卷積自編碼器模型；

步驟S5：將測試集輸入到自編碼器模型中，重建長時間序列的海洋溫度數據。

進一步的，所述步驟S1具體為：

獲取海洋EN4 profile、Argo浮標數據、IAP時間序列格網溫度和海表溫度遙感數據,并進行空間范圍統一處理；

統計IAP數據不同深度不同時相的極值，對EN4 profile進行極值檢查；

將海表溫度遙感數據、IAP數據、EN4 profile和Argo數據的時間分辨率統一為每月，利用最鄰近插值將海表溫度遙感數據空間分辨率統一為1°×1°；

剖面數據格網化處理中，0m、5m、和10m的格網深度范圍拓展2m，20m和30m格網深度范圍拓展5m，50~1000m的格網深度拓展10m。將檢索到的格網中觀測值取平均值代表格網溫度值。

進一步的，所述步驟S2具體為：

每一時相二維稀疏分布的格網化剖面觀測，構成三維時間序列的格網化剖面觀測數據；