[发明专利]利用布里渊频移和线宽同步反演海水温度和盐度的方法

摘要

本发明公开了一种通过布里渊频移和布里渊线宽同步反演海水温度、盐度的方法，本发明包括以下步骤：第一步是根据已有公式计算出一定范围温度和盐度下的布里渊频移和布里渊线宽；第二步根据建立的布里渊频移和布里渊线宽反演温度和盐度的数学模型，通过拟合第一步得到的值获得模型中的参数；第三步，得到所述温度和盐度的数学模型即温度与布里渊频移、线宽的关系式和盐度与布里渊频移、线宽的关系式，测量得到布里渊频移和布里渊线宽即可计算出海水的温度和盐度。本发明克服了单一使用频移或线宽反演带来的结果不准确的问题，提高了结果的准确度，实现了利用布里渊频移和布里渊线宽这两个参数同步精确反演。

主权项

一种利用布里渊频移和布里渊线宽同步反演海水温度和盐度的方法，其特征在于，所述方法包括：第一步：根据布里渊频移和布里渊线宽与海水温度和盐度的关系式分别计算出在一定温度和盐度范围内的布里渊频移和布里渊线宽值；其中所述计算布里渊频移的关系式为：$\begin{array}{c}{V}_B=\±\frac{2[n_0+S(n_1+n_{2}T+n_3{T}^2)+n_4{T}^2+\frac{n_5+n_{6}S+n_{7}T}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nano}}}+\frac{n_8}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nano}}^2}+\frac{n_9}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nano}}^3}]}{\mathrm{\λ}}\×\\ [c_0+c_{1}T+c_2{T}^2+c_3{T}^3+c_{4}S+c_5{S}^2+c_6\mathrm{TS}+c_7{T}^{2}S]\end{array}$所述计算布里渊线宽的关系式为：$\begin{array}{c}{\mathrm{\Γ}}_B=\frac{1}{4\mathrm{\π\ρ}}\{\frac{4\mathrm{\π}[n_0+S(n_1+n_{2}T+n_3{T}^2)+n_4{T}^2+\frac{n_5+n_{6}S+n_{7}T}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nano}}}+\frac{n_8}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nano}}^2}+\frac{n_9}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{nano}}^3}]}{\mathrm{\λ}}{\}}^2\\ \×[\frac{4}{3}{\mathrm{\η}}_s+{\mathrm{\η}}_b]{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\end{array}$其中，S为海水盐度，T为海水温度，n_i(i＝0～9)和c_j(j＝0～7)为常系数，λ为单位为米的激光波长，λ_nano为单位为纳米的激光波长；ρ是海水的密度，η_s是海水剪切粘滞系数，η_b是海水的体粘滞系数，θ是散射角；第二步：确定温度与布里渊频移、布里渊线宽的拟合关系式和盐度与布里渊频移、布里渊线宽的拟合关系式，分别利用温度拟合关系式和盐度拟合关系式作为拟合模型，以第一步的温度值、盐度值，以及计算得到的频移值和线宽作为拟合数据进行拟合，得到所述温度拟合关系式和盐度拟合关系式中的待拟合参数，其中，所述温度与布里渊频移、布里渊线宽的拟合关系式为：$T=t_1+t_2\·V_B+\frac{t_3}{{\mathrm{\Γ}}_B}+t_4\·V_B^2+\frac{t_5}{{\mathrm{\Γ}}_B^2}+\frac{t_6\·V_B}{{\mathrm{\Γ}}_B}+t_7\·V_B^3+\frac{t_8}{{\mathrm{\Γ}}_B^3}+\frac{t_9\·V_B}{{\mathrm{\Γ}}_B^2}+\frac{t_{10}\·V_B^2}{{\mathrm{\Γ}}_B}$其中，t_x(x＝1～10)是待拟合参数；所述盐度与布里渊频移、布里渊线宽的拟合关系式为：$S=s_1+\frac{s_2}{V_B}+\frac{s_3}{V_B^2}+\frac{s_4}{V_B^3}+\frac{s_5}{V_B^4}+\frac{s_6}{V_B^5}+s_7\·\ln {\mathrm{\Γ}}_B+s_8\·{\ln }^2{\mathrm{\Γ}}_B+s_9\·{\ln }^3{\mathrm{\Γ}}_B+s_{10}\·{\ln }^4{\mathrm{\Γ}}_B+s_{11}\·{\ln }^5{\mathrm{\Γ}}_B$其中，s_y(y＝1～11)是待拟合参数；第三步：根据第二步中得到的所述温度和盐度拟合关系式中的待拟合参数，得到所述温度和盐度的拟合关系式；获得待测海水的布里渊频移和布里渊线宽，利用所述温度和盐度拟合关系式计算出海水的温度和盐度。