【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋观测的，更具体地，涉及一种基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法。
技术介绍
1、内孤立波是活跃在分层海洋内部的大振幅、高度非线性的波动，其振幅可达到240米，并且其诱导的最大水平速度可接近2-3米/秒。内孤立波传播过程中，可以将最大的垂向混合速率增加三个数量级。此外，内孤立波还会对油桩等水下工程施加巨大的载荷，影响水下工程的可靠运行。因此，及时准确地获取内孤立波参数对保障水下工程的可靠性至关重要。
2、目前针对海洋内孤立波参数的获取主要依赖于遥感图像数据反演或者全水深剖面观测数据的分析结果。基于遥感图像数据的内孤立波反演方法受到观测手段的影响，只能在云量较小的情况下观测到内孤立波引起的海表变化，其能准确的获取内孤立波的传播方向和存在位置，但是无法准确的反应内孤立波的水下特征。而基于全水深剖面观测数据的海洋内孤立波参数获取的方法准确度较高，能准确捕捉到内孤立波的最大振幅、最大波致流速、波动传播方法等特征，但是这种方法依赖于全水深高采样频率的温度、速度同步观测数据，这就需要在潜标上挂载大量分别观测温度和速度的仪器，仪器投放成本巨大。高采样频率意味着仪器电池损耗较快，短时间内就需要对仪器进行维护，需要大量的人力成本和时间成本。此外多种仪器获取的数据格式不同，获取内孤立波参数的计算过程也较为复杂，需要大量的时间。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术依赖于全水深高采样频率的温度、速度同步观测数据的不足，提供一种基于单点单深度海流计数据的
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、提供一种基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，包括以下步骤：
4、s10. 采集单点海流计的参数，所述参数包括单点海流计所在的经度和纬度、采样频率、东西方向速度、南北方向速度以及温度时间序列；根据单点海流计所在的经度和纬度，基于气候态的温度盐度数据集得到单点海流计所在气候态温度随深度的变化廓线和盐度随深度的变化廓线；
5、s20. 基于单点海流计所在气候态温度随深度的变化廓线和盐度随深度的变化廓线提取气候态的温度剖面和盐度剖面，得到内波垂向模态结构；
6、s30. 将所述温度时间序列中的温度值进行平均得到观测期间的平均温度，通过插值，得到平均温度在气候态的温度盐度数据中所在的深度d；
7、s40. 根据东西方向速度、南北方向速度判断是否存在内孤立波，如存在内孤立波，则获取内孤立波的到达时间和峰值对应的量值，峰值对应的量值表示内孤立波波致流速；
8、s50. 基于步骤s20中得到的内波垂向模态结构、步骤s30中平均温度在气候态的温度盐度数据中所在的深度d、步骤s40中所述内孤立波的到达时间和内孤立波波致流速计算得到内孤立波的最大振幅、内孤立波的最大波致流速、内孤立波的传播方向。
9、本专利技术的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，单点海流计在水下直接获取海流数据，能够精确观测到各种明显或者不明显的内波现象，结合海洋气候态背景环境数据库，可以准确检测内孤立波，进一步提取内孤立波的参数，为后续判断内波危害程度、为海洋工程提供预警提供了数据基础。本专利技术仅需要通过单点海流计的参数即可提取得到海洋内孤立波的参数，大大的降低了布控成本和安全隐患。
10、优选地，步骤s10中，所述单点海流计布设于海洋温跃层，所述采样频率小于10min。
11、优选地，步骤s20按以下步骤进行：
12、s21.根据单点海流计所在的经度和纬度，基于气候态的温度盐度数据集得到单点海流计所在气候态温度随深度的变化廓线和盐度随深度的变化廓线，利用和计算得到密度；
13、s22. 基于密度采用下述公式计算浮力频率：
14、
15、式中，g表示重力加速度；
16、s23. 根据打靶法或者thompson-haskell算法解如下内波垂向模态方程：
17、
18、
19、其中，c表示波动线性相速度，表示内波垂向模态结构，n表示浮力频率，表示水体密度，z表示变化的深度，表示水深。
20、优选地，步骤s40按以下步骤进行：
21、s41. 东西方向速度和南北方向速度按下式合成水平流速：
22、；
23、s42. 对水平流速按下式进行小波变换得到流速的小波功率谱：
24、
25、其中，表示小波功率，表示时间参数，表示频率参数，x(t)表示需要小波变化的时间序列，表示尺度函数，由母小波函数计算得到，表示的共轭复数；
26、s43. 将小波功率谱中频率小于a、大于b的部分设为0，对于频率在a至b之间的能量谱值进行阈值判断；
27、s44. 对处理过的小波能量谱值进行逆小波变换，得到重构流速时间序列；
28、s45. 对于重构流速时间序列，检测是否存在峰值，若不存在峰值，则判断无内孤立波；若存在峰值，则判断存在内孤立波，峰值对应的时间为内孤立波的到达时间，峰值对应的量值表示内孤立波波致流速。
29、优选地，步骤s42中，母小波函数为解析morse函数，解析morse函数的傅里叶变换表达式为：
30、
31、其中，是heaviside阶梯函数，是归一化常数，将γ设为3，设为10。
32、优选地，步骤s43中，a=，。
33、优选地，步骤s43中，基于准则进行阈值判断，量值小于的值设为0。
34、优选地，步骤s50中，最大振幅按以下步骤求解：
35、s51. 内孤立波为一个稳定的kdv型下陷内孤立波，建立kdv方程：
36、
37、式中，非线性参数和频散参数表达式为：
38、
39、
40、表示内孤立波的振幅，表示水平方向，kdv方程的解表示为如下形式：
41、
42、其中，表示最大振幅，相函数，v表示非线性速度，；
43、s52. 根据线性动力边界条件和连续性方程，结合公式得到内孤立波所诱导的水平速度：
44、
45、在=0，=0时，得到内孤立波到达时刻的流速垂向剖面表达式：
46、
47、s53. 基于步骤s52中流速垂向剖面表达式，转换得到以下方程式：
48、
49、s54. 依据步骤s40中得到的内孤立波波致流速以及步骤s23中的内波垂向模态结构求解所述方程式得到内孤立波的最大振幅；所述方程式具备两个解，一个恒为负值，一个正值解为上述方程式的有效解，所述有效解即为；所述方程式中，为内孤立波的振幅，c表示波动线性相速度，为非线性参数，为深度d处的模态函数值，为模态函数中下一个深度d1处的模态函数值。...
【技术保护点】
1.一种基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S10中，所述单点海流计布设于海洋温跃层，所述采样频率小于10min。
3.根据权利要求1所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S20按以下步骤进行：
4.根据权利要求3所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S40按以下步骤进行：
5.根据权利要求4所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S42中，母小波函数为解析Morse函数，解析Morse函数的傅里叶变换表达式为：
6.根据权利要求4所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S43中，A=，。
7.根据权利要求4所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S43中，基于准则进行阈值判断，量值小于的值设为0。
8.根据权利要求4至
9.根据权利要求4至7任一项所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S50中，内孤立波的最大波致流速按下式计算：
10.根据权利要求4至7任一项所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤S50中，内孤立波的传播方向由时刻的东西方向速度和南北方向速度计算得到：
...【技术特征摘要】
1.一种基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤s10中，所述单点海流计布设于海洋温跃层，所述采样频率小于10min。
3.根据权利要求1所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤s20按以下步骤进行：
4.根据权利要求3所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤s40按以下步骤进行：
5.根据权利要求4所述的基于单点单深度海流计数据的内孤立波参数提取算法，其特征在于，步骤s42中，母小波函数为解析morse函数，解析morse函数的傅里叶变换表达式为：
6.根据权利要求4所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：许洁馨，黎大宁，蔡树群，陈植武，
申请(专利权)人：中国科学院南海海洋研究所，
类型：发明
国别省市：
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