[发明专利]一种拟合次声台站风噪声-风速的方法

说明书

本发明涉及一种拟合次声台站风噪声‑风速数据的方法，以受台风影响的国际监测系统次声台站监测数据为基础，提出了分段拟合次声风噪声‑风速数据的方法，在分段区间内采用5阶多项式拟合，可较好地与实测数据相吻合；采用建模数据风速区间大于模型数据区间的做法，有效地规避了因端点数据影响而造成的较大模型误差。有效地解决了低风速和高风速条件下，风噪声幅值随风速增长速率不一致的影响。

技术领域

本发明属于次声监测领域，具体涉及一种分段拟合次声风噪声-风速数据的方法。

背景技术

次声监测技术是《全面禁止核试验条约》规定的四种监测技术之一，次声监测技术包括对次声信号的检测、特征分析、事件识别、信号源定位、强度估算、台站与台网监测能力的评估等。次声信号在大气层中传输时受气象条件约束，其中风对次声信号传输与次声台站监测能力的影响尤其显著。虽然通过布设降噪管阵列、建立挡风墙、选择风较弱的站址等在一定程度上可以降低风噪声影响；但风速较大时，次声台站的风噪声水平快速上升，台站监测能力显著减弱。通过查阅国内外文献资料和中国知网专利数据库，尚未发现描述次声台站风噪声水平随风速变化关系的数据模型或计算方法，因此不具备定量描述风对次声台站监测能力影响程度的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种拟合次声台站风噪声-风速数据的方法，解决了低风速和高风速条件下，风噪声幅值随风速增长速率不一致的影响；还解决了因端点数据影响而造成的较大模型误差的问题；可用于计算特定风速时次声台站记录信号的幅值水平、评估风噪声对次声台站监测能力影响效果、为次声台站选址建设及抗灾防灾提供数据支撑。

本发明的技术方案为：一种拟合次声台站风噪声-风速数据的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、对次声台站测得的历史次声数据进行滤波；

S2、按照指定时间窗口长度T进行滑动，计算时窗内次声数据y(t)的次声风噪均方根幅值A_rms和风速最大值V_w，风速由气象数据获取；

S3、根据步骤S2中的计算结果，选取所有在每T个时间段内风速最大值V_w小于临界风速的样本点直接进行5阶高次拟合，得出风速V_th-45m/s范围内的拟合曲线A_I；

S4、根据步骤S2中的计算结果，选取所有每T个时间段内风速最大值小于临界风速的样本点，对A_rms取对数得A_log＝log₁₀A_rms,而后对A_log、V_w进行5阶高次拟合，得出风速0-V_thm/s范围内的拟合曲线A_I′；

S5、选取合适风速分界阈值V_th，使得分段拟合的5次多项式A_I和A_I′在V_th处平滑衔接，反映次声风噪均方根幅值随风速变化规律；

S6、根据S5得到的次声风噪均方根幅值随风速变化规律，用于评估次声台站的监测能力或用于台风的实时监测。

S1中，利用3阶巴特沃斯滤波器对次声台站测得的历史次声数据进行0.1～1Hz频带滤波。

A_rms的计算方式如下：

风速V_th-45m/s范围内的拟合曲线A_I为：

S4中，拟合曲线A_I′计算如下：