[发明专利]一种面向海上平台保障的三维温盐场分析预报方法

说明书

本发明提供面向海上平台保障的三维温盐场分析预报方法，基于多源海洋环境资料进行海洋动力环境要素时空分布特征分析和温盐关系特征研究；在时空特征分析和温盐关系特性研究的基础上，利用时空经验正交函数方法构建海洋环境动力要素的统计预报模型；利用海洋环境场动态分析技术，基于海上平台自身观测得到的海温、盐度观测数据对海上平台周边海洋环境预报场进行订正；在温度和盐度预报后利用温盐关系曲线对盐度进行调整，以便于尽量保持温盐关系不偏离其气候态特征。本发明弥补传统的数值预报方法由于气象驱动时效限制而导致的海洋动力环境要素预报时效较短的缺陷，且预报过程不需要高性能计算平台，对计算资源的占用较少。

技术领域

本发明涉及海上平台的海洋环境保障技术，特别设计一种基于时空经验正交函数(Spatiotemporal Empirical Orthogonal Function,STEOF)和三维变分(Three-Dimensional Variational Assimilation,3D-VAR)的面向海上平台保障的三维温盐场分析预报方法。本发明方法主要应用于舰船、水下/水面无人潜器、海上工程等海上平台在航行时期的海洋动力环境要素中长期分析预报工作，以解决海上平台数值预报产品失效后的大范围长周期海洋环境自主保障的难题。

背景技术

海洋环境是海上大气环境、边界层海气环境、水下水文环境和海底环境等环境状况的总称。海洋环境保障则是指综合运用海洋科学及其相关科学技术，通过掌握海洋环境背景特征、实时状态和演变特点，诊断预测海洋环境变化规律及未来发展趋势，评估海洋环境影响效应，提出规避或利用海洋环境现象的措施建议，从而确保海洋活动安全、顺利、有效实施的一系列专业活动的统称。

海洋环境保障不仅是一项保障国家海防安全，维护公共社会秩序稳定，为政府提供关于保护、开发及利用海洋环境方面决策的参考信息，提高与海洋相关部门的海洋作业工作效率以及人身和财产安全保障的业务，同时对于国家的海防发展、经济建设、社会稳定、公众健康、海洋环境保护以及海洋资源的开发和利用也具有重要作用。

在海洋环境保障技术体系中，信息获取、分析预报、保障应用技术是最为重要的组成部分。从海洋环境保障技术属性与功能作用角度讲，信息获取是基础、分析预报是核心、保障应用是纽带。分析预报作为海洋环境保障技术体系中的核心组成部分，其预报结果的准确性和实时性对于海洋环境保障具体重要作用。

海洋领域的分析预报主要包含数值预报和统计预报两种模式。尽管数值预报是现阶段海洋环境分析预报的主要手段，但存在诸如运算量大、初始条件不精确及受时效性限制等缺点。因此，迫切需要一种相比于数值预报计算量更少、不受到时效性限制的预报方法来实现海洋动力环境要素的快速准确预报。

统计预报方法作为海洋领域分析预报中的重要手段之一，当样本数据足够大的时候，其能够不考虑研究对象的物理规律而建立数据驱动的预报模型。因此，统计预报方法不存在类似数值预报方法的物理极限限制等问题。目前，全球各大机构在数值预报方面的研究已经趋于成熟，但是对于延伸期以及中长期的预报无法利用传统的数值预报方法来完成，而需要考虑采用统计预报方法来实现。因此，对于海洋统计分析预报方法的研究是十分必要的，对我国海洋环境的精准预报和海洋信息的及时掌握也有着极为重要的作用。

本发明旨在面向舰船、水下/水面无人潜器、海上工程等海上平台的海洋环境保障需求，研制一种基于时空经验正交函数和三维变分的面向海上平台保障的三维温盐场分析预报方法，提高海洋动力环境要素分析预报能力，以解决海上平台数值预报产品失效后的大范围长周期海洋环境自主保障的难题。

发明内容