一种基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法技术

本发明专利技术涉及海洋信息技术领域，尤其涉及一种基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法，包括以下步骤：基于历年同月份的Argo溶解氧剖面数据筛选获得气候态月尺度溶解氧数据；由气候态月尺度溶解氧数据构建对应气候态月的经纬度坐标确定的溶解氧浓度与目标深度的关系模型，得到多经纬度不同目标深度的溶解氧浓度；利用经纬度坐标将每一目标深度对应的平面分割为多个空间单元，通过对同一目标深度不同空间单元的溶解氧浓度插值计算，获得对应的溶解氧浓度及所述海洋溶解氧空间格网模型。本发明专利技术通过空间异质分区避免不同数据点间溶解氧浓度差异造成的干扰，通过插值计算和包含Argo质量标示的权重计算获得连续的数据，克服Argo系统中数据离散稀疏的缺陷。Argo系统中数据离散稀疏的缺陷。Argo系统中数据离散稀疏的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法


[0001]本专利技术涉及海洋信息
，尤其涉及一种基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法。

技术介绍

[0002]海洋溶解氧(dissolved oxygen,DOXY)是溶解于水体中的氧气，它为海洋生物生存提供必要的生化环境，是海洋生命活动不可缺少的重要物质。海水中的溶解氧浓度不仅是衡量海水水质状、评估海洋生态环境的主要指标、海洋科学实验和资源勘探的重要依据，也是了解海洋生物地球化学过程、全球气候变化以及海洋碳循环的必要参数。
[0003]现有全球溶解氧浓度空间格网数据主要基于船测、锚浮标、水下智能探测设备，数据持续更新能力差。其中船测是最主要的方式，例如通过CTD采水器进行水样采集，然后对连续(离散)水柱样品进行化学分析滴定法进行测定得到。现有技术中船测方式存在着采样率过低和时空分辨率不足的缺陷，同时船载观测的时间成本和经济成本很高，船测方式受限于极端天气的影响，在恶劣海况、极地海区等条件下，观测数据都十分匮乏。目前海洋溶解氧的观测数据仍然相对稀疏且时空分布不均匀，这极大地限制了人们对全球海洋溶解氧时空分布及其受物理过程影响的认识与理解，因此市场上急需覆盖更多时间和空间范围的溶解氧观测和分析数据处理方法。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供，用以解决现有的技术问题中的至少一个。
[0005]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法，包括以下步骤：
[0007]基于历年同月份的Argo溶解氧剖面数据筛选获得气候态月尺度溶解氧数据；
[0008]由气候态月尺度溶解氧数据构建对应气候态月的经纬度坐标确定的溶解氧浓度与目标深度的关系模型，得到多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度；
[0009]利用经纬度坐标将每一目标深度对应的平面分割为多个空间单元，通过对同一目标深度下不同空间单元的溶解氧浓度进行插值计算，获得不同目标深度下各个所述空间单元的溶解氧浓度，以构建得到所述海洋溶解氧空间格网模型。
[0010]优选的，所述获得气候态月尺度溶解氧数据，包括：获取Argo历年溶解氧剖面数据；以月份为筛选参数筛选得到每一月份的历年气候态月尺度溶解氧数据Doxy
M
(h)；其中，M取1
‑
12，h为深度。
[0011]优选的，所述Argo溶解氧剖面数据通过在同一经纬度坐标(LO
j
，LA
j
)设有的对应不同目标深度的观测点获取得到，观测点海洋溶解氧浓度和深度序列记为(Doxy
ij
，Depth
ij
)；其中，Doxy
ij
为第j个经纬度坐标下第i个观测点的溶解氧浓度；Depth
ij
为第j个经纬度坐标下第i个观测点的深度值；
[0012]所述得到多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度，包括：
[0013]将对应气候态月尺度溶解氧数据中经纬度坐标确定的溶解氧浓度已知的不同深度溶解氧浓度数据，建立Doxy
ij
和Depth
ij
的拟合函数：Doxy＝f(Depth)；
[0014]基于所述关系模型、经纬度坐标下以及目标深度Depth
ij
，获取得到多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度Doxy
ij
。
[0015]优选的，所述建立Doxy
ij
和Depth
ij
的拟合函数包括：
[0016]从同一经纬度坐标的Argo溶解氧浓度剖面数据中选取与观测点(Doxy
ij
，Depth
ij
)在深度上相邻的采样点(x3，y3)和(x4，y4)；其中y3、y4表示不同深度，且y3＜Depth
ij
＜y4，x3、x4表示对应深度溶解氧浓度；
[0017]从同一经纬度坐标的Argo溶解氧浓度剖面数据中选取与采样点(x3，y3)在深度上相邻的采样点(x1，y1)和(x2，y2)；从同一经纬度坐标的Argo溶解氧浓度剖面数据中选取与采样点(x4，y4)在深度上相邻的采样点(x5，y5)和(x6，y6)；其中y1、y2、y5、y6表示不同深度，且y1＜y2＜y3，y4＜y5＜y6；x1、x2、x5、x6表示对应深度溶解氧浓度；
[0018]按照以下公式构建观测点(Doxy
ij
，Depth
ij
)的Akima拟合函数Doxy＝f(Depth)：
[0019]f(x)＝p0+p1(x
‑
x3)+p2(x
‑
x3)2+p3(x
‑
x3)3；
[0020]p0＝y3；
[0021]p1＝t3；
[0022][0023][0024]其中t3为(x3，y3)处的一阶导数，t4为(x4，y4)处的一阶导数。
[0025]优选的，所述通过对同一目标深度下不同空间单元的溶解氧浓度进行插值计算，包括：
[0026]由多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度构建多个经纬度坐标下深度h的溶解氧浓度的数据子集A
h
(Doxy
uj
，LO
j
，LA
j
)，对A
h
(Doxy
uj
，LO
j
，LA
j
)进行聚类分析，根据溶解氧浓度和经纬度坐标将数据点进行空间异质性分区为不同类型区域，获得数据子集A
h
中第j个经纬度坐标第u个数据点在深度h的空间异质性分区等级：Q1，Q2，
…
，Q
n
，其中，n为等级区间个数；
[0027]由空间异质性分区等级、数据子集A
h
中数据点和空间单元中心的距离，从数据子集A
h
(Doxy
uj
，LO
j
，LA
j
)中筛选数据特征点构成数据子集A
kht
，由数据子集A
kht
(Doxy
yj
，LO
j
，LA
j
)获取各个空间单元背景场溶解氧浓度f
bkh
；其中，k表示第k个空间单元的序列，b表示背景，h表示深度，t表示数据特征点；
[0028]根据数据子集A
kht
(Doxy
yj
，LO
j
，LA
j
)中第j个经纬度坐标点第y个数据点的质量标识qc
yj
、第j个经纬度坐标点第y个数据点距离空间单元中心的距离d
yj
及第j个经纬度坐标点第y个数据点空间异质性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法，其特征在于，包含以下步骤：基于历年同月份的Argo溶解氧剖面数据筛选获得气候态月尺度溶解氧数据；由气候态月尺度溶解氧数据构建对应气候态月的经纬度坐标确定的溶解氧浓度与目标深度的关系模型，得到多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度；利用经纬度坐标将每一目标深度对应的平面分割为多个空间单元，通过对同一目标深度下不同空间单元的溶解氧浓度进行插值计算，获得不同目标深度下各个所述空间单元的溶解氧浓度，以构建得到所述海洋溶解氧空间格网模型。2.根据权利要求1所述的基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法，其特征在于，所述获得气候态月尺度溶解氧数据，包括：获取Argo历年溶解氧剖面数据；以月份为筛选参数筛选得到每一月份的历年气候态月尺度溶解氧数据Doxy
M
(h)；其中，M取1
‑
12，h为深度。3.根据权利要求1所述的基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法，其特征在于，所述Argo溶解氧剖面数据通过在同一经纬度坐标(LO
j
，LA
j
)设有的对应不同目标深度的观测点获取得到，观测点海洋溶解氧浓度和深度序列记为(Doxy
ij
，Depth
ij
)；其中，Doxy
ij
为第j个经纬度坐标下第i个观测点的溶解氧浓度；Depth
ij
为第j个经纬度坐标下第i个观测点的深度值；所述得到多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度，包括：将对应气候态月尺度溶解氧数据中经纬度坐标确定的、溶解氧浓度已知的、不同深度的溶解氧浓度数据建立Doxy
ij
和Depth
ij
的拟合函数：Doxy＝f(Depth)；基于所述关系模型、经纬度坐标下以及目标深度Depth
ij
，获取得到多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度Doxy
ij
。4.根据权利要求3所述的基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法，其特征在于，所述建立Doxy
ij
和Depth
ij
的拟合函数包括：从同一经纬度坐标的Argo溶解氧浓度剖面数据中选取与观测点(Doxy
ij
，Depth
ij
)在深度上相邻的采样点(x3，y3)和(x4，y4)；其中y3、y4表示不同深度，且y3＜Depth
ij
＜y4，x3、x4表示对应深度溶解氧浓度；从同一经纬度坐标的Argo溶解氧浓度剖面数据中选取与采样点(x3，y3)在深度上相邻的采样点(x1，y1)和(x2，y2)；从同一经纬度坐标的Argo溶解氧浓度剖面数据中选取与采样点(x4，y4)在深度上相邻的采样点(x5，y5)和(x6，y6)；其中y1、y2、y5、y6表示不同深度，且y1＜y2＜y3，y4＜y5＜y6；x1、x2、x5、x6表示对应深度溶解氧浓度；按照以下公式构建观测点(Doxy
ij
，Depth
ij
)的Akima拟合函数Doxy＝f(Depth)：f(x)＝p0+p1(x
‑
x3)+p2(x
‑
x3)2+p3(x
‑
x3)3；p0＝y3；p1＝t3；
其中，t3为(x3，y3)处的一阶导数，t4为(x4，y4)处的一阶导数。5.根据权利要求1所述的基于Argo的海洋溶解氧空间格网模型构建方法，其特征在于，所述通过对同一目标深度下不同空间单元的溶解氧浓度进行插值计算，包括：由多个经纬度坐标下不同目标深度的溶解氧浓度构建多个经纬度坐标下深度h的溶解氧浓度的数据子集A
h
(Doxy
uj
，LO
j
，LA
j
)，对A
h
(Doxy
uj
，LO
j
，LA
j
)进行聚类分析，根据溶解氧浓度和经纬度坐标将数据点进行空间异质性分区为不同类型区域，获得数据子集A
h
中第j个经纬度坐标第u个数据点在深度h的空间异质性分区等级：Q1，Q2，
…
，Q
n
；其中，n为等级区间个数；由空间异质性分区等级、数据子集A
h
中数据点和空间单元中心的距离，从数据子集A
h
(Doxy
uj
，LO
j
，LA
j
)中筛选数据特征点构成数据子集A
kht
(Doxy
yj
，LO
j
，LA
j
)，由数据子集A
kht
(Doxy
yj
，LO<...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛存金，岳林峰，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：