[发明专利]一种海浪场时空演化信息提取方法及系统

说明书

本发明涉及了一种海浪场时空演化信息提取方法及系统，通过改进的时空网格遍历算法对数值海浪模式谱分割输出结果中相邻网格点的海浪成分进行交叉比对，完成对来源于同一气象事件的海浪成分信息进行聚簇分析，实现完整海浪场时空结构的提取与再组织。本发明能够解决海浪模式输出中因海浪成分按波浪能量大小进行编号而产生的同一编号波浪参数的时空不相关性和分布不连续性，对数值海浪模式预报结果中来自同一气象事件所产生的海浪场完整时空演化过程进行分析与可视化。该发明能够应用于海浪的业务化预报，提供物理意义更为清晰的海浪预报产品，从而服务于海洋工程环境信息保障和海洋防灾减灾等领域。

技术领域

本发明涉及应用海洋学领域，更具体地说，涉及一种面向海浪模式谱分割数据的海浪场时空演化信息提取方法及系统。

背景技术

同一位置的海浪往往是本地产生的风浪系统和来自多个不同来源的涌浪系统的叠加。仅仅采用海浪谱的整体积分(有效波高、平均周期和平均波向等)参数对一个位置的海浪状态进行描述，往往具有一定的误导性。因此，目前的数值海浪模式往往使用基于分水岭的谱分割的算法对海浪谱进行分割以区分不同海浪成分的信息。数值海浪模型谱分割输出数据中，分区后的风浪成分被编号为成分0，涌浪成分则根据其能量大小被编号为涌浪1—涌浪N。使用这样的编号方式，没有考虑到来源于同一气象事件(台风、温带风暴等)的海浪参数的时空相关性和连续性，因此同一编号的海浪成分经常存在着时空的不相关和不连续，导致目前无法通过模式的谱分割输出结果对海浪信息的时空变化进行有效的分析与可视化。

目前尚未有被报道的技术手段能够解决这一问题，因此尽管业务化的海浪模式已经开始输出海浪谱分割的数据，但这些数据尚未形成预报产品，也难以在相关领域得到有效应用。当前业务化的海浪数值预报产品的应用仍然以基于海浪谱的整体积分参数为主。

发明内容

为了解决海浪模式谱分割输出数据中同一编号的海浪成分存在的时空不相关和不连续问题，实现将海浪模式谱分割数据应用于业务化的海浪数值预报产品的生产，本发明提供了一种面向海浪模式谱分割数据的海浪场时空演化信息提取技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种海浪场时空演化信息提取方法，包括以下步骤：

S1、获取谱分割输出数据阵列，将所述谱分割输出数据阵列中包含海浪模式谱分割输出数据的时空位置标记为“未访问”；

S2、根据所述谱分割输出数据阵列，确定每项海浪模式谱分割输出数据的起始搜寻时空位置和起始搜寻成分，并将所述起始搜寻时空位置和起始搜寻成分的数据存储到一个存储队列的同时，将其从谱分割输出数据阵列中移除，且将该数据的时空位置标记为“已访问”；

S3、将存储队列中第一个元素对应的海浪成分作为当前成分，计算其附近所有包括“未访问”标记的时空网格点的所有海浪成分与当前成分的相似度；

S4、基于步骤S3，从计算得到的若干个相似度数值中，选取最大的相似度值，若所述最大的相似度值大于或等于预设的相似度阈值时，则将最大相似度值对应的时空位置信息及成分信息存入所述存储队列，并从谱分割输出数据阵列中移除所述最大相似度值对应的成分信息；并且，将最大相似度值对应的时空位网格点标记为“已访问”；

S5、若当前成分附近所有“未访问”的时空网格点中,没有任何成分的相似度达到相似度阈值时，将当前成分的信息从存储队列中转移到输出文件；

S6、重复步骤S3到步骤S5，直到存储队列中所有的元素均被转移到输出文件，当前输出文件记录的输出结果即为海浪场的时空演化信息提取结果；

S7、若谱分割输出数据阵列中不包括任何海浪成分信息，则结束步骤S7；否则，将谱分割输出数据阵列中所有包含海浪模式谱分割输出数据的时空位置重新标记为“未访问”，并返回到步骤S2，进行下一个海浪场的时空演化信息进行提取。