專利名稱：海洋表層流場的獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋表層流場的獲取方法。
背景技術(shù)：
自1955年Crombie第一次用13.56MHz的高頻表面波雷達進行海面散射實驗，并正確解釋了海洋雷達回波的Bragg散射機制以來，世界上許多國家廣泛開展了利用高頻地波雷達探測海洋表層流、表面動力要素(諸如海浪，表面風(fēng)等)的理論和實驗研究。由于高頻地波雷達較之天波雷達、衛(wèi)星遙感等所表現(xiàn)出的造價低、測量精度高和全天候工作等優(yōu)點，高頻地波雷達遙感海洋環(huán)境技術(shù)得到了迅速發(fā)展。但是，為了保證海洋表面動力要素的測量精度，目前采用高頻地波雷達在測量海洋表層流時，大多采用雙站異地同步測量方式得到海洋表層流場。
但是，雙站異地同步測量選址難度大，而且費用昂貴，利用單站高頻地波雷達來獲取海洋表層流場，能大大降低成本，減少投入，提高觀測效率。另外，現(xiàn)有的利用高頻地波雷達單站獲取海洋表層流的方法大多數(shù)是在基于運動學(xué)方法，在獲取其徑向流速的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)方法進行徑向流速的合成，從而得到海洋表層流場，其得到的表層海流的精度和分辨率都比較低，因而在實際應(yīng)用中，其得到的海洋表層流場對于海洋表面動力要素的獲取沒有實用價值。
已有的Nudging技術(shù)是一種基于動力松弛方法的數(shù)據(jù)同化技術(shù)。自1974年Robert Kistler將Nudging技術(shù)應(yīng)用在薄層流體模式中以來，Nudging技術(shù)在海洋模式中得以廣泛應(yīng)用，被證明是一種有效的數(shù)據(jù)同化技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，提供一種獲取高精度的海洋表層流場的方法。
本發(fā)明以已設(shè)置的高頻地波雷達單站測得的徑向流速數(shù)據(jù)為原始資料，再利用當(dāng)今公認的Nudging同化技術(shù)。其具體方法用海態(tài)監(jiān)測分析雷達單站采集的選定海區(qū)表層徑向流速U1和以Princeton海洋模式獲取的該海區(qū)表層徑向流速U2求差E1；并以E1構(gòu)造人工趨勢項，即在Nudging技術(shù)中人工趨勢項的一般形式中代入E1構(gòu)造人工趨勢項；將POM模式中的三維海流動力學(xué)控制方程與生成的人工趨勢項相加構(gòu)建成Nudging技術(shù)下的海流動力學(xué)方程；并以此獲取該海區(qū)表層流場，進而獲取該海區(qū)表層徑向流速U3；再求取U1，U3的差，即為E2；最后判斷E2是否小于一個設(shè)定值，如果小于設(shè)定值，得到最優(yōu)流場，如果大于等于設(shè)定值，則用E2代替E1進行迭代運算直至得到最優(yōu)流場。


圖1為本發(fā)明的總體流程圖具體實施方式
該方法的詳細步驟如下
(1)利用型號為OSMAR2000的海態(tài)監(jiān)測分析雷達地面單站采集選定海區(qū)表層徑向流速U1；(2)Princeton海洋模式(Princeton Ocean Model，簡稱POM模式)是由美國Princeton大學(xué)提出的一種三維海洋動力學(xué)模型，現(xiàn)已被公認和廣泛應(yīng)用。根據(jù)選定海區(qū)開邊界處的M2，S2，K1，O1四個分潮的調(diào)和常數(shù)求取開邊界處的水位，作為POM模式的開邊界控制條件獲取該海區(qū)表層徑向流速U2；(3)求取U1，U2的差，即為E1；(4)構(gòu)造人工趨勢項構(gòu)造人工趨勢項是為了將采集的流速U1應(yīng)用到POM模式中，使POM模式獲取的海區(qū)表層流場趨近于真實流場。求取Nudging技術(shù)中的人工趨勢項是以公式GU·ΣiNwi·(U1i-U2i)]]>代入上述的雷達采集的流速U1，模式獲取的流速U2，構(gòu)造出的人工趨勢項為GU·ΣiNwi·E1i---<I>;]]>其中GU是Nudging因子，用來反映人工趨勢項相對于POM模式中物理強迫項的重要性，wi是分析權(quán)重。
(5)在POM模式中三維海流動力學(xué)方程∂U∂t=F(U,X→,t)---<II>]]>的右邊加上方程<I>，構(gòu)成Nudging技術(shù)下的海流動力學(xué)方程∂U∂t=F(U,X→,t)+GU·ΣiNwi·E1i---<III>]]>
其中U代表流場， 代表方程中各物理強迫項。
人工趨勢項作為驅(qū)動項并通過步驟(8)所述的迭代運算，使模式獲取的該海區(qū)表層流場趨近真實流場；(6)利用方程<III>，并考慮到上述的海區(qū)開邊界處的M2，S2，K1，O1四個分潮的調(diào)和常數(shù)求取開邊界處的水位作為方程<III>的開邊界條件，獲取該海區(qū)表層流場，進而獲取該海區(qū)表層徑向流速U3；(7)求取U1，U3的差，即為E2；(8)根據(jù)要求的精度，設(shè)定U3允許的誤差值即為e，e一般取0.01～0.0001，作為輸出最優(yōu)流場的判斷依據(jù)。判斷E2是否小于e，如果小于e，以步驟(6)獲取的流場作為該海區(qū)的最優(yōu)流場，如果大于等于e，則用E2代替E1進行迭代運算直至得到最優(yōu)流場。
由此構(gòu)筑的本發(fā)明可以獲取精度高的海洋表層流場，進而可用來獲取達到實用要求的海洋表面動力要素，為天氣預(yù)報，海浪預(yù)報等提供風(fēng)場，流場以及海浪等資料。
權(quán)利要求
1一種海洋表層流場的獲取方法，其特征是將海態(tài)監(jiān)測分析雷達單站采集的海區(qū)表層徑向流速U1和以POM海洋模式獲取的該海區(qū)表層徑向流速U2求差E1，并以此構(gòu)造人工趨勢項，再將POM模式中的三維海流動力學(xué)控制方程與生成的人工趨勢項合成以構(gòu)建成Nudging技術(shù)下的海流動力學(xué)方程，并以該方程獲取海區(qū)表層流場和表層徑向流速U3，再以U1，U3的差E2與設(shè)定的誤差要求值比較，如果小于設(shè)定的誤差值，即得到最優(yōu)流場，如果大于等于設(shè)定的誤差值，則用E2代替E1進行迭代運算直至得到最優(yōu)流場。
2如權(quán)利要求1所述的一種海洋表層流場的獲取方法，其特征是所述的構(gòu)造人工趨勢項是以公式GU·ΣiNwi·(U1i-U2i)]]>代入雷達采集的流速U1，模式獲取的流速U2其中GU是Nudging因子，wi是分析權(quán)重，構(gòu)造出的人工趨勢項為GU·Σinwi·E1i---<I>]]>
3如權(quán)利要求1所述的一種海洋表層流場的獲取方法，其特征是上述的構(gòu)建Nudging技術(shù)下的海流動力學(xué)方程是在POM模式中三維海流動力學(xué)方程∂U∂t=F(U,X→,t)---<II>]]>的右邊加上方程<I>，構(gòu)成Nudging技術(shù)下的海流動力學(xué)方程∂U∂t=F(U,X→,t)+GU·ΣiNwi·E1i---<III>]]>其中U代表流場， 代表方程中各物理強迫項。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋表層流場的獲取方法。將海態(tài)監(jiān)測分析雷達單站采集的海區(qū)表層徑向流速U1和以POM海洋模式獲取的該海區(qū)表層徑向流速U2求差E1，并以E1構(gòu)造人工趨勢項；再將POM模式中的三維海流動力學(xué)控制方程與生成的人工趨勢項合成構(gòu)建成Nudging技術(shù)下的海流動力學(xué)方程；并以此獲取該海區(qū)表層流場及表層徑向流速U3；且以U1，U3的差值E2并考慮誤差，最后的到最優(yōu)流場。由此構(gòu)筑的本發(fā)明可以獲取精度高的海洋表層流場，為天氣預(yù)報，海浪預(yù)報等提供風(fēng)場，流場以及海浪等資料。
文檔編號G01S13/88GK1619335SQ200410036470
公開日2005年5月25日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者韓樹宗, 蘭健, 宗海波 申請人:中國海洋大學(xué)