[发明专利]一种计算及校正海洋要素均值的方法

摘要

本发明公开了一种计算及校正海洋要素均值的方法，该方法基于海洋学过程周期性和海洋要素空间分布态势规律性的认识，运用小波分析技术，分解海洋要素多个不同时间尺度的变化周期，提取多个时间尺度上的周期变化分量(周期分量)；基于海洋要素同周期同位相时空分布态势具有统计学上一致性的性质，对偏异海域海洋要素调查资料进行时空校正，用以计算目标海域海洋要素各周期分量的空域均值，利用数学模型拟合各周期分量空域均值的时间变化，进而通过时间积分计算海洋要素周期分量的时域均值，再由各周期分量时域均值计算最小正周期内目标海域海洋要素的多频周期均值。

主权项

1.一种计算及校正海洋要素均值的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：①目标海域海洋要素空间网格离散化对于海洋要素调查数据具有高时空分辨率的目标海域，基于Kriging最优内插法，应用Matlab软件编制三维插值程序，将目标海域海洋要素站位调查资料空间网格离散化，得到一定时间序列的目标海域海洋要素网格化数据资料，计算每一调查时间下目标海域海洋要素空间平均值，得到目标海域海洋要素空域均值的时间序列资料；②海洋要素多频周期分析运用小波分析技术分析目标海域海洋要素网格化数据时间序列资料，分解海洋要素变化的不同时间尺度上的周期分量P1，P2，P3，P4……，获得多个时间尺度的变化周期T1，T2，T3，T4……，如日周期、月周期、年周期、气候周期；③偏异海域海洋要素周期分量网格值及空域均值的校正对于仅与目标海域部分重合的偏异海域，其调查资料与目标海域存在时空偏异，需要校正；首先在目标海域选择海洋要素标准基准点，将目标海域海洋要素周期分量网格化数值都除以标准基准点的数值，见式1，得到海洋要素周期分量的归一化网格值：其中，为目标海域海洋要素周期分量归一化网格值集合，为目标海域海洋要素周期分量网格值集合，为海洋要素周期分量标准基准点数值；同样，将相同调查时间、相同周期的偏异海域海洋要素周期分量网格化，选择其空间范围内的中心网格作为偏异基准点，将网格化后的数据都除以偏异基准点值，见式2，得到偏异海域海洋要素周期分量的归一化网格值：其中，为偏异海域海洋要素周期分量归一化网格值集合，为偏异海域海洋要素周期分量网格值集合，为海洋要素周期分量偏异基准点数值；在目标海域和偏异海域的重合区域范围内，将目标海域海洋要素周期分量归一化网格值的均值除以偏异海域海洋要素周期分量归一化网格值的均值见式3，得到归一化校正系数γ：然后将整个偏异海域海洋要素周期分量的归一化网格值集合乘以校正系数γ，见式4，以偏异基准点为基准点的偏异海域海洋要素周期分量归一化网格值集合就转化为以标准基准点为基准点的海洋要素周期分量归一化网格校正值集合将目标海域海洋要素周期分量归一化网格值集合和偏异海域海洋要素周期分量归一化网格校正值集合统称为“海洋要素周期分量场强”ψ(E^BZ)；如果偏异海域和目标海域不存在重合区域，可以先校正为与目标海域有重合区域的其他偏异海域的归一化网格值，再乘以校正系数转换成“海洋要素周期分量场强”；这样通过空间校正可以建立起实际调查海域最大覆盖范围的“海洋要素周期分量场强”；将偏异海域海洋要素周期分量网格值的均值除以同一空间范围内的“海洋要素周期分量场强”均值见式6，就得到周期分量校正系数均值λ：将目标海域的“海洋要素周期分量场强”网格值集合ψ(E^BZ)和均值乘以校正系数均值λ，见式7、式8，就得到由偏异海域周期分量估算的目标海域周期分量的网格值集合ψ(C)及空域均值ψ(C)＝λ·ψ(E^BZ)   (7)对于只有平均值、没有具体调查站位的海洋要素历史资料数据，只要有确切的海区调查范围，在具有“海洋要素场强”的条件下，也可以得到由其校正的目标海域海洋要素空域均值；④海洋要素周期分量时间变化的模型拟合根据目标海域海洋要素周期分量随时间变化的规律，选择适当数学模型拟合周期分量空域均值随时间的变化，见式9，获得模型参数，对其进行时间积分，并求其均值，见式10，得到目标海域海洋要素周期分量时域均值其中，f(t,α,β,m)为周期分量空域均值—时间变化模型，t为时间，α、β和m是模型参数，F(α,β,m)是f(t,α,β,m)在T时间范围内的定积分函数；对于不同时域相同时间尺度上的海洋要素周期分量，其周期变化具有共同特征，模型f(t,α,β,m)的参数分为可变参数α和不变参数β,m；α受时域周期分量大小的制约，在不同时域可能会有所变化；β和m表征模型曲线的形状和相对位置，在不同时域中基本不发生变化；对于调查频次较低的时域，采用相邻时域模型参数β和m的均值，仅拟合模型参数α；对于与目标海域不完全重合的偏异海域的历史调查资料，首先校正其不同时间尺度上周期分量的空域均值然后在总结—t变化规律的基础上，选择适当模型，拟合模型参数，对时间进行积分并求周期的平均值，得到在目标海域的各周期分量时域均值；⑤海洋要素多频周期均值的计算计算目标海域海洋要素变化不同时间尺度若干周期T1，T2，T3，T4……的最小公倍数，获得海洋要素时域变化的最小正周期T，再由各周期分量的时域均值加权计算最小正周期内的海洋要素多频周期均值其中，分别为周期T1、T2、T3、T4的周期分量时域均值，i、j、k 、l为周期T1、T2、T3、T4在最小正周期T范围内的周期数量。