[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

说明书

本发明公开了一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法，涉及海洋混合层深度获取技术领域，其技术方案要点是：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。该方法通过比较声速扰动的数据特征和海洋分层情况下声速扰动的物理特征，最终确定海洋层化情况进而获得混合层深度值，对测量的要求低，能够完全不需温度链数据外的测量样本，从而大大扩展了本发明的方法的使用范围，克服了实际应用中往往缺乏完整剖面样本的问题，且获取混合层厚度的精度高。

技术领域

本发明涉及海洋混合层深度获取技术领域，更具体地说，它涉及一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法。

背景技术

海洋混合层厚度是研究海洋上层动力过程、海气相互作用以及生态环境的基本物理量，对混合层厚度的掌握对于海洋上层的物理、生化等研究应用具有重要的价值。以海洋声学的研究应用为例，混合层厚度很大程度上决定了海洋表面静压声道的厚度，进而影响海洋上层声传播的特性。著名的“午后效应”本质上也可以归结混合层厚度变化的结果。因此，在海洋声学等一系列科学研究中混合层深度是一个非常重要的物理量。

获取混合层厚度最直接的方式是使用温盐深仪等剖面设备进行剖面测量，但是由于设备的吊放时间、成本等因素的原因，这种方法很少应用于对于某一坐标点的长时间连续测量上。在实际海洋测量中，对于目标点位剖面的长时间连续观测通常选用锚定温度链的方法进行观测。在温度链的布放中，出于布放成本、测量准确性、设备安全性以及浮力稳定性等因素综合考虑，往往最浅的一个温度传感器距离海面都有一段距离，而这段距离很有可能大于坐标点处混合层的厚度，导致剖面信息缺乏混合层的厚度。在浅层海域中，温度梯度往往都是比较恒定的，当缺乏下层信息时，往往都可以采用直接的外插手段。对于海洋上层的外插，混合层厚度具有很强的时间和空间变化特性且缺少混合层厚度就无法准确外插到海面。综上，在使用温度链的办法进行固定点连续观测的过程中，经常会缺乏混合层厚度信息，造成各种应用的信息缺失。当前还没有较精确的混合层厚度获取方法，亟待开发相应的方案，满足温度链连续观测数据中海洋各类研究和应用对海洋表层混合层信息的需求。

为此，本发明旨在设计提出一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法，通过对温度链获得的声速数据提取扰动模态，将实际扰动模态与不同跃层厚度情况下的理论扰动模态进行对比，最终获得海域混合层厚度，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法，该方法通过比较声速扰动的数据特征和海洋分层情况下声速扰动的物理特征，最终确定海洋层化情况进而获得混合层深度值，对测量的要求低，能够完全不需温度链数据外的测量样本，从而大大扩展了本发明的方法的使用范围，克服了实际应用中往往缺乏完整剖面样本的问题，且获取混合层厚度的精度高。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于声速扰动模态匹配的海洋混合层深度获取方法，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；