基于Argo数据的海洋要素场三维网格化技术研究

发布时间：2020-03-28 22:49

【摘要】：Argo剖面数据集作为主要的全球准实时海洋水文观测资料近年来得到迅速发展,为科研人员研究海洋水下温盐结构、分析多种水文要素信息时空变化特征和相互关系,进一步为揭示海洋温盐结构和流场三维特征,以及探索海洋环境和地球气候变化提供了科学的参考依据。海洋现象无论是在空间还是时间上都是连续、复杂多变的,而稀疏离散、随机分布的Argo剖面数据难以提供直观、连续的水文要素和海洋过程等信息的动态可视化描述。因此,研究利用Argo剖面数据的网格化方法,实现海洋要素场三维网格资料构建,对深入了解海洋环境发展变化规律以及为军事工程应用提供有效的数据支撑具有重要意义。当前Argo计划仍处于发展阶段,海洋内的浮标数量不充足且观测时间不同步,以及浮标随波漂流带来的采样位置不确定性,最终导致剖面数据集无论是在时间上还是空间上都具有稀疏、散布的特征,给海洋要素场的数据网格化造成了一定程度的困难。针对上述情况,本文综合考虑海洋要素的空间和时间相关性,结合时空Kriging插值技术,对基于Argo剖面数据集的海洋要素场三维网格化技术进行了研究与实践。论文完成的主要工作和取得的成果如下:(1)针对时空插值所需的高效邻域搜索能力,分析了当前剖面数据的文件型管理方式的不足。利用单个Argo剖面数据文件的半结构化特性,设计了基于JSON格式的单个数据组织方式,根据海洋浮标的时空分布特征建立数据库加以管理,最终通过索引编码的方式实现了插值过程中邻域采样点搜索效率的提升。(2)详细分析了现阶段的时空Kriging插值存在的不足,以及应用在稀疏散布的Argo剖面数据时产生的不适应性,提出了多时段叠置拟合的时空Kriging插值改进方法,控制了时间变异对空间变异函数拟合的误差影响,最后采用积合式模型构建时空变异函数进行插值,交叉验证结果证明该方法有效提升了时空Kriging插值精度。(3)利用改进后的时空Kriging插值进行Argo海温三维网格数据的构建应用。介绍了构建过程所涉及的数据类型和预处理方法,提出了基于“划分-平均”的次表层海温场网格数据构建方法,以及基于AVHRR遥感数据的表层海面温场网格数据的融合思路,通过生成结果的时空分布特征分析和与其他数据的定量对比分析得出,本文构建海洋要素场网格数据所采用的方法基本科学可靠。
【图文】：

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面数据基本情况数据采集方式测浮标是沿海流轨迹分布的漂流浮标，，能够实现自动控制面数据。Argo 计划最早由美国和日本等国家发起，旨在通时地在全球范围内大部分海域实施水下 2000m 以内的温、面数据的采集方式如图所示。主要分为四个阶段：面（Surface）下降到悬浮层的深度（Park Depth）悬浮层以固定的周期随海流自由移动最大深度（ProfileDepth）后，开始上浮同时采集剖面数据）记录所在位置，在海上短暂漂浮并将位置和剖面数据传输的观测（约 8 小时）生命周期为 3 年或更长，以固定周期不间断的循环测量，测周期各不相同，以 3 天，5 天和 10 天为主。

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战略支援部队信息工程大学硕士学位论文基础研究时需要谨慎对待。料中心（China Argo Real-time Data Center）提供的《p://ftp.argo.org.cn/pub/ARGO/global/）（图 2-2）经过研容全面的用户手册，便于研究人员直接使用。目前为017 年 7 月的全球剖面观测数据，每月的观测数据存.tar.gz”表示 2006 年 1 月期间全球海洋内所有正在工压缩包后可以得到对应的单个剖面数据文件。
【学位授予单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P714

【参考文献】