[發明專利]一種基于溫度觀測數據反演海洋流速的方法及系統

在審

• 申請號: 202111618312.5
• 申請日: 2021-12-27
• 公開（公告）號: CN114384269A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 郭雙喜;魯遠征;黃鵬起;屈玲;岑顯榮;韓廣輝;周生啟
• 申請（專利權）人: 中國科學院南海海洋研究所;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01W1/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 勞劍東;劉明星

本發明公開了一種基于溫度觀測數據反演海洋流速的方法及系統，涉及海洋觀測與應用技術領域，方法包括：采集待測位置的海水的溫度數據；以設定時間間隔將所述溫度數據進行分段，對每一時間段內的所述溫度數據去掉平均變化趨勢，獲得其溫度脈動數據；對獲得的所述溫度脈動數據進行傅里葉變換，得到該時間段內的溫度譜；根據所述溫度譜和頻率之間的關系識別所述溫度譜的慣性子區；在所述慣性子區內，通過所述溫度譜、所述頻率、流場的背景參數、海水分子熱擴散系數和起始頻率獲得不同頻率下的海洋流速。本發明突破了常規的海洋流速觀測方法，僅通過溫度觀測數據即可反演出海流速度，為海洋流速觀測提供了一種新的技術手段。

技術領域

本發明涉及海洋觀測與應用技術領域，特別是海洋流速的觀測技術，具體涉及一種基于溫度觀測數據反演海洋流速的方法及系統。

背景技術

海洋中海水的溫度和流速是兩個最基本的物理參量，直接反映海洋的熱量和動量特征。溫度觀測一般是采用溫度探頭對流體進行直接測量，其尺寸小巧，操作簡單，價格便宜，數據易于獲取，在海洋觀測中應用普遍；而流速觀測主要是通過聲學多普勒流速剖面儀(ADCP)、聲學多普勒點式流速儀(ADV)、以及海流計等儀器進行觀測，這些觀測儀器一般體積和重量較大，成本較高，收放較復雜，對觀測姿態(如傾斜角度)和觀測條件(如水中的顆粒物濃度)的要求較高，一定程度上限制了人們對海洋流速的觀測和科學研究的發展。

近年來一些海洋學者提出了基于其他觀測數據反演海流的方法：例如基于遙感數據反演海流(CN201110000858.4)，但其僅局限于海表的流速；基于海表流速反演深層流速(CN201810366515.1),但其僅適用于淺海，且需要通過高頻地波雷達等額外設備進行海表流速測量，觀測成本較高；基于溫度鏈反演海流剖面(CN201810631985.6)，但需要無人船等移動平臺進行拖曳，觀測成本高且操作復雜。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明提出一種基于溫度觀測數據反演海洋流速的方法及系統，該方法通過海洋觀測中易于獲取的溫度數據，即可反演出海洋流速信息。

為實現上述目的，本發明可以采取以下技術方案：

一種基于溫度觀測數據反演海洋流速的方法，其包括以下步驟：

采集待測位置的海水的溫度數據；

以設定時間間隔將所述溫度數據進行分段，對每一時間段內的所述溫度數據去掉平均變化趨勢，獲得其溫度脈動數據；

對獲得的所述溫度脈動數據進行傅里葉變換，得到該時間段內的溫度譜；

根據所述溫度譜和頻率之間的關系識別所述溫度譜的慣性子區；

在所述慣性子區內，通過所述溫度譜、所述頻率、流場的背景參數、海水分子熱擴散系數和起始頻率獲得不同頻率下的海洋流速，對不同頻率下的海洋流速進行平均獲得該時間段內的海洋流速。

如上所述的基于溫度觀測數據反演海洋流速的方法，進一步地，設定時間間隔Δt具體為：1分鐘≤Δt≤10小時。

如上所述的基于溫度觀測數據反演海洋流速的方法，進一步地，所述根據所述溫度譜和頻率之間的關系識別所述溫度譜的慣性子區，具體包括以下步驟：

在慣性子區內，溫度譜E(f)和頻率f之間存在如下理論關系：

E(f)＝U^2/3αχε^-1/3f^-5/3 (1)

其中，α為Oboukhov-Corrsin常數，取值為0.4，χ為熱耗散率，ε為湍動能耗散率，將式(1)兩邊以f為變量取對數，得到log₁₀[E(f)]與log₁₀(f)理論上滿足如下線性關系：