[发明专利]一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法

权利要求书

1.一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法，其特征是：根据海洋动力学角度，提取声速扰动的模态，并将真实扰动模态与不同厚度混合层具有的扰动模态进行匹配，然后将扰动模态最匹配的混合层厚度确定为结果，具体包括以下步骤：

S1、截取一个时间段内需判断混合层厚度的温度链测量样本的声速值X(hn,tn)，在连续时间N内，通过以下公式：

获取温度链测量样本的平均值然后将温度链测量样本的矩阵减去温度链测量样本的平均值获得温度链测量样本的异常值A：

其中，hn代表温度链单元深度上的采样点，tn代表温度链单元时间上的采样点；

S2、基于温度链测量样本的异常值A的矩阵和温度链测量样本的平均值进行正交经验函数分析，获得EOF向量，即获得声速扰动的主成分，通过公式：(G-λI)K＝0代表温度链测量样本的数据的扰动特征，其中，G是温度链测量样本的异常值A的协方差矩阵，I是单位矩阵，λ是I的本征值矩阵，K为EOF向量数据扰动的主要模态：

K(hn,en)代表第en阶EOF向量在深度点hn上的幅度；

S3、根据备选的混合层深度值H与温度链测量样本的平均值进行插值，获得备选的全海深的温度剖面值

S4、将步骤S3中获得的温度剖面信息带入水质子运动的动力学方程中计算获得得到水质子运动的模态并通过声速经验公式、物态方程联立，计算在该背景温度剖面下对应水质子运动模态的声速扰动模态Q(hn,en):

其中，声速扰动模态Q在深度h上的幅值等于对应阶数乘以温度剖面的梯度声速扰动模态Q(hn,en)代表背景温度剖面下分层特性应该具有的物理的扰动特征；

S5、将数据的扰动特征模态K(hn,en)和物理的扰动特征模态Q(hn,en)进行匹配比较，判断备选的混合层深度值H对应的物理扰动特征是否与数据表现出来的特征相符；具体方法为，选取方差贡献率最大的前两阶模态，将幅值归一化后进行匹配：

其中，HN代表温度链测量深度范围内深度采样点总数，E即为物理模态和数据模态的符合程度，E的值越小代表符合程度越高；

S6、将海面到温度链最上端的深度范围内的深度值网格化，并对不同的备选的混合层深度值H值重复步骤S4至步骤S5，获得其对应的符合程度值E(H),其中，最小的E值表明此时海洋分层状态物理特征与数据表现出来的统计特征最符合，其对应的混合层备选值即为最终混合层的计算值。

2.根据权利要求1所述的一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法，其特征是：所述温度链测量样本声速值X(hn,tn)通过声速经验公式从样本温度值W(hn,tn)得到。

3.根据权利要求1所述的一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法，其特征是：步骤S3中所述的插值的具体方法为：对温度链下方缺失的数据通过进行线性外插；对温度链上方缺失的部分，首先通过线性外插到备选的混合层深度值H,然后混合层深度值H以上均为混合层，即混合层深度值H以上的点的温度值与外插到H点的温度值一致时，即获得全海深的温度剖面