[发明专利]一种利用改进型Argo浮标数据进行EOF分析的方法

说明书

本发明涉及海洋水声建模技术领域，尤其为一种利用改进型Argo浮标数据进行EOF分析的方法，本发明使用EOF分析方法可以将一定数量的声速剖面样本序列分解为正交的空间向量和时间向量，并且通常只需要用到前几个模态就可以比较准确的重构序列中的任意剖面，这样的处理方法大大的减少了描述声速剖面垂直结构所需要的参数。近年来的研究中，很多学者都一定程度上证明了这种方法的有效性和可行性，并提出EOF函数是描述声速剖面最有效的函数。

技术领域

本发明涉及海洋水声建模技术领域，尤其是一种利用改进型Argo浮标数据进行EOF分析的方法。

背景技术

在地球上，海洋的覆盖面积接近地球表面积的四分之三。在人类生存资源日益匮乏的今天，海洋中丰富的能源、矿产和生物资源成为全球人类眼中的香饽饽，使得海洋资源的探测和开发成为了海洋科学研究的重点。声波作为水下远程信息传播的主要载体和手段，可以在海洋中形成声场的有效时空分布结构。对海洋中声场信息结构的正确解读和合理利用，可以让人类更有效地了解和探索海洋。

声波在传播过程中，将在波导中形成包含各种信息的时空结构，通过提取声场的时空结构便可获得所需方位、距离等目标信息以及声速、海深等环境参数；而声场计算模型和声传播的规律，是分析声场时空结构的基础。为了掌握声波在海洋波导中的传播形式和规律，以便采取有效措施改善和提高水声设备的性能，同时为水声设备的设计提供必要的理论依据和技术指标，也需对海洋中的声传播模型及其特性进行深入的研究。可以说，近百年来，正是由于对海洋声传播及其规律的深入研究，使得人们利用声波来进行水下探测、定位和通信的能力得到了显著地提髙，对海洋的开发和利用也不断地取得突破。因此，开展声场的建模与特性分析具有重要的理论和实际意义。

Argo计划是一个全球海洋观测实验项目，于2000年提出，并构想用三至四年的时间在全球的海洋环境中布置一个巨大的Argo全球海洋观测网，该观察网由三千个海洋中的卫星跟踪浮标组成。Argo计划的实施，可以方便地获取海洋内部的海流、温度和盐度等资料，每年可提供多达10万个剖面的海水温度和盐度资料，有助于了解全球海洋各层的物理状态，也能帮助我们进一步研究海洋的运动状态。

我们使用Argo浮标数据进行声速剖面的EOF分析时，Argo浮标数据本身存在的一些缺陷不容忽略。一方面为，Argo浮标只是测量了小于2000米水深的海水，而2000米以下的部分却没有数据，另一方面就是，对于海表处的温盐深数据，Argo浮标也没有测得。这就会导致进行深海测量时，2000米以下的深海区域声速剖面出现缺失的情况。这就需要对Argo数据进行相应的延拓处理，以满足深水测量时的声速剖面数据的需要，鉴于此，我们提出一种利用改进型Argo浮标数据进行EOF分析的方法。

发明内容

本发明的一个目的是通过提出一种利用改进型Argo浮标数据进行EOF分析的方法，以解决上述背景技术中提出的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：包括如下步骤：

步骤1：对多个声速剖面进行三次样条插值，得到声速矩阵；

步骤2：对声速矩阵的每一行的数据取平均，得到平均声速，然后将平均声速进一步处理，组成平均声速矩阵；

步骤3：将声速矩阵的每一列都与平均声速矩阵的对应项相减，得到扰动矩阵；

步骤4：对于扰动矩阵和平均声速矩阵求和；

步骤5：用协方差阵来描述声速样本之间的变化程度；

步骤6：求出EOF；

步骤7：对某一声速剖面使用前k阶EOF表示；

步骤8：求出Argo测深数据；

步骤9：提取出温盐深数据，再根据声速经验公式，求得每一个采样点的声速；