[发明专利]一种基于再分析资料的海面高度中长期统计预测方法

说明书

本发明公开了一种基于再分析资料的海面高度中长期统计预测方法：(1)构建历年逐日海洋再分析距平产品作为样本矩阵；(2)得到海洋高度样本距平归一化矩阵；(3)对海洋高度样本距平归一化矩阵进行经验正交分解，获取正交模态并计算相应的模态系数；(4)基于上述正交模态系数，构建海面高度中长期统计预测模型；(5)计算中长期统计预测的误差分布；(6)将中长期统计预测结果与同一年该时段再分析产品进行对比，检验模型的合理性；(7)用惯性预报对统计预测的初期结果进行订正，提高预测的准确性。本发明采用经验正交函数对海面高度再分析距平资料进行分解、重构，构建未来海面高度的统计预测模型，实现对未来海面高度的预测。

技术领域

本发明涉及海洋预报，特别涉及一种基于再分析资料的海面高度中长期统计预测方法。

背景技术

传统的海洋预报一般采用海洋数值模式的方法，但是该方法有效预报时效性较差，预报时间仅达7天左右。超过7天，由于缺少对应气象场驱动，数值预报结果偏离较大。同时，高分辨率的海洋数值预报计算数据庞大，需要高性能的计算平台，对计算机有较高要求，因此，迫切需要更简便的、计算量较少的数值预报方法。水下航行器在执行任务时，需要保证较长时间的水下航行，一般需要在水下航行3个月左右的时间，在此期间，其自身携带的传感器仅能感知周围环境，而无法获得未来时刻的环境信息，故迫切需要研制一种预报时效可达3个月的海洋要素预报方法，并搭建相应预报系统。搭载本系统的水下航行器，可以成功在水下航行3个月左右时间不用露头，并能对未来环境有一定了解。另一方面，水下航行器要求其具有良好的隐蔽性，下潜过深，则可能受到中尺度涡等海洋环境变化的影响，出现危险；下潜过浅，容易被发现。搭载本系统的水下航行器能够根据海面高度的变化识别中尺度涡，并做出及时处理。

本发明旨在利用再分析资料构建海面高度中长期预测方法，研制一种全新的、简单化的中长期统计预测方法，提高海洋预测的时效性。

发明内容

本发明针对海面高度的中长期统计预测，提供一种采用经验正交函数对海面高度再分析距平资料进行分解、重构，构建未来海面高度的统计预测方法，实现对未来海面高度的预测。本发明将海洋时空分布过程视为随机过程，并假设其具有各态历经性，采用随机过程的相关理论对再分析距平资料进行分析。同时，采用经验正交函数分解，获得时空四维正交模态，建立不同时空点间的相关性。建立目标泛函，采用正交模态拟合初始场，构建未来海面高度中长期预测模型，实现对未来海面高度的预测，并采用数值试验对理论进行验证。另外，本发明采用惯性预报对前几天的统计预测结果进行订正，以提高预测的准确性。

本发明所采用的技术方案是：一种基于再分析资料的海面高度中长期统计预测方法，包括以下步骤：

步骤1，构建历年逐日海洋再分析距平产品作为样本矩阵；

步骤2，对步骤1得到的样本矩阵进行距平，得到样本距平矩阵，正交归一化样本距平矩阵，构建海洋高度样本距平归一化矩阵；

步骤3，对步骤2得到的海洋高度样本距平归一化矩阵进行经验正交分解，利用雅克比分解获取正交模态并计算相应的正交模态系数；

步骤4，基于步骤3获得的正交模态和相应的正交模态系数，构建海面高度中长期预测模型，对海面高度进行中长期统计预测；

步骤5，计算步骤4得到的海面高度中长期统计预测结果的误差分布；

步骤6，将步骤4得到的海面高度中长期统计预测结果与同一年该时段再分析产品进行对比，检验步骤4构建的海面高度中长期预测模型的合理性；

步骤7，用惯性预报对步骤4得到的海面高度中长期统计预测结果进行订正，得到最终预测结果，实现对未来海面高度的预测。

进一步地，步骤1中，所述的构建历年逐日海洋再分析距平产品作为样本矩阵包括：