基于Argo数据的海洋时空声速预测方法研究
发布时间：2021-01-08 02:38
本文基于《全球海洋Argo网格数据集（BOA-Argo）》,从经验声速公式入手,获取影响海洋声速的主要特征,即海洋温度、盐度以及深度指标。水声通信技术利用声波在水下进行信号传播,是目前常用的实现水下远距离传输的通信方式。更精确的声速值对水下目标定位及水下网络协议设计中往返时延的估计有重要意义。考虑到水下环境的分层结构,声音在海洋中的传播速度随着环境的变化而变化,为了对海洋声速剖面做到空间以及时间上的准确预测,本文主要开展了以下研究。首先考虑BOAArgo中数据在空间的分布密度问题,尤其在垂直方向上,数据样本间距随深度增加不断加大,所以本文提出了一种基于人工神经网络模型的数据高空间分辨率处理方案。在该方案中,将对多时间跨度数据进行统一处理,通过与单一时间尺度数据单独处理进行对比,在回归评价指标上前者与后者处于同一水平,但效率得到较大提升。在与其他模型包括KNN回归、岭归回以及决策树的对比中,基于人工神经网络的处理方案明显更胜一筹。进而得到高空间分辨率温盐数据及空间上更加平滑的声速剖面。在高空间分辨率数据集基础之上,本文提出了基于ConvLSTM循环神经网络的声速剖面...
【文章来源】： 李博 吉林大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究整体框架
9收集全球海洋上层温度、盐度的剖面数据，最终用于在气候预报等方面，并且较以往提高精度。争取有效预报海洋气候灾害，降低灾害带给人类的威胁，提前做好准备以减轻带来的各方面损失。最初的Argo计划，设想用三至四年时间，在全球海域布放3000个卫星追踪浮标，单个浮标预计使用寿命4-5年，且最大测量深度为2000米，每10-14天自动传回一组观测剖面数据，浮标之间间距为300公里，最终实现全球海域的大范围覆盖，形成一个庞大的全球海洋观测体系。截至2020年3月，全球累计投放浮标数量已超过4000个，分布图如图2.1所示,图片来源Argo官网（http://www-argo.ucsd.edu/）。图2.1Argo计划全球海洋浮标分布示意图Argo计划已成为全球气候观测系统（GCOS）、全球气候变异与观测试验（CLIVAR）、全球大洋观测系统（GOOS）和全球海洋资料同化试验（GODAE）等一些大规模国际观测及研究计划的重要组成部分。海洋占据地球百分之七十的表面积，厄尔尼诺和拉尼娜等事件的发生，无一不与海洋环境有着紧密的联系，因此监测全球海洋中层、上层的环境信息对未来气候预测等具有重要意义，建立全球范围内的高分辨率海洋监测数据具有重要研究价值。世界海洋地图集2018版（WorldOceanAtlas2018，WOA18）是由(美国)国家海洋和大气局（NationalOceanicAtmosphericAdminstration，NOAA）海洋气象实验室制作的海洋气候学数据集产品。该数据集产品包括全球范围内海洋温度、盐度、硅酸盐、硝酸盐、磷酸盐、溶解氧等多种自然海洋观测数据，整合了多种数据集和实测数据产品，最终形成以年为周期，季度为周期以及月为周期的全球海洋基础数据集合。此版数据集在空间分辨率上，较以往版本有明显提高，
11综合分析比较现有海洋公开数据集数据量以及完善程度，本文所采用数据最终来自BOA_Argo，选择该数据集的主要原因为无论是通过常规仪器探测还是通过Argo浮标获取的数据集，其都普遍存在着观测时间非连续、观测空间离散以及不一致的观测深度等问题，在许多的应用场景中会受到一定的限制[23]。BOA_Argo数据集完成了全球2004年1月-2018年12月的三维网格化温、盐数据，为研究分析提供了极大便利。构建网格资料所选用的原始数据资料，已经过科研中心研究人员非常严格的质量再控制，从而保障衍生网格数据集质量。与WOA18网格资料相比，BOA_Argo网格资料所反映的表层温、盐度特征基本与其一致，但相比之下BOA_Argo网格资料揭示的分布特征比WOA18资料更细致。BOA_Argo资料表层大面分布（温、盐）与WOA18资料表层大面分布（温、盐）示意图如图2.2，2.3所示，图片来源[23]图2.2BOA_Argo资料表层大面分布示意图（温、盐）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于微扰法的快速声速剖面反演[J]. 张维,杨士莪,黄益旺,宋扬. 上海交通大学学报. 2013(08)
[2]水下声速剖面仪标定方法研究[J]. 徐中伟. 无线互联科技. 2012(02)
[3]水下无线通信技术的现状与发展[J]. 梁涓. 中国新通信. 2009(23)
[4]由传播时间反演海水中的声速剖面[J]. 唐俊峰,杨士莪. 哈尔滨工程大学学报. 2006(05)
本文编号：2963740
【文章来源】： 李博 吉林大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究整体框架
9收集全球海洋上层温度、盐度的剖面数据，最终用于在气候预报等方面，并且较以往提高精度。争取有效预报海洋气候灾害，降低灾害带给人类的威胁，提前做好准备以减轻带来的各方面损失。最初的Argo计划，设想用三至四年时间，在全球海域布放3000个卫星追踪浮标，单个浮标预计使用寿命4-5年，且最大测量深度为2000米，每10-14天自动传回一组观测剖面数据，浮标之间间距为300公里，最终实现全球海域的大范围覆盖，形成一个庞大的全球海洋观测体系。截至2020年3月，全球累计投放浮标数量已超过4000个，分布图如图2.1所示,图片来源Argo官网（http://www-argo.ucsd.edu/）。图2.1Argo计划全球海洋浮标分布示意图Argo计划已成为全球气候观测系统（GCOS）、全球气候变异与观测试验（CLIVAR）、全球大洋观测系统（GOOS）和全球海洋资料同化试验（GODAE）等一些大规模国际观测及研究计划的重要组成部分。海洋占据地球百分之七十的表面积，厄尔尼诺和拉尼娜等事件的发生，无一不与海洋环境有着紧密的联系，因此监测全球海洋中层、上层的环境信息对未来气候预测等具有重要意义，建立全球范围内的高分辨率海洋监测数据具有重要研究价值。世界海洋地图集2018版（WorldOceanAtlas2018，WOA18）是由(美国)国家海洋和大气局（NationalOceanicAtmosphericAdminstration，NOAA）海洋气象实验室制作的海洋气候学数据集产品。该数据集产品包括全球范围内海洋温度、盐度、硅酸盐、硝酸盐、磷酸盐、溶解氧等多种自然海洋观测数据，整合了多种数据集和实测数据产品，最终形成以年为周期，季度为周期以及月为周期的全球海洋基础数据集合。此版数据集在空间分辨率上，较以往版本有明显提高，
11综合分析比较现有海洋公开数据集数据量以及完善程度，本文所采用数据最终来自BOA_Argo，选择该数据集的主要原因为无论是通过常规仪器探测还是通过Argo浮标获取的数据集，其都普遍存在着观测时间非连续、观测空间离散以及不一致的观测深度等问题，在许多的应用场景中会受到一定的限制[23]。BOA_Argo数据集完成了全球2004年1月-2018年12月的三维网格化温、盐数据，为研究分析提供了极大便利。构建网格资料所选用的原始数据资料，已经过科研中心研究人员非常严格的质量再控制，从而保障衍生网格数据集质量。与WOA18网格资料相比，BOA_Argo网格资料所反映的表层温、盐度特征基本与其一致，但相比之下BOA_Argo网格资料揭示的分布特征比WOA18资料更细致。BOA_Argo资料表层大面分布（温、盐）与WOA18资料表层大面分布（温、盐）示意图如图2.2，2.3所示，图片来源[23]图2.2BOA_Argo资料表层大面分布示意图（温、盐）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于微扰法的快速声速剖面反演[J]. 张维,杨士莪,黄益旺,宋扬. 上海交通大学学报. 2013(08)
[2]水下声速剖面仪标定方法研究[J]. 徐中伟. 无线互联科技. 2012(02)
[3]水下无线通信技术的现状与发展[J]. 梁涓. 中国新通信. 2009(23)
[4]由传播时间反演海水中的声速剖面[J]. 唐俊峰,杨士莪. 哈尔滨工程大学学报. 2006(05)
本文编号：2963740
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