[发明专利]一种蒸发波导高度的融合预测方法

说明书

本发明公开了一种蒸发波导高度的融合预测方法，包括如下步骤：(1)蒸发波导高度真值获取；(2)蒸发波导模型高度预测；(3)模型敏感性分析；(4)最小二乘支持向量机回归建模：根据敏感性分析结果，在不同环境区间，以获得的气象、水文观测数据和蒸发波导模型高度预测值为输入，以蒸发波导高度真值为输出，回归获得输入与输出之间的非线性映射关系，建立多个蒸发波导模型预测高度的融合预测模型；(5)蒸发波导高度预测。本发明所公开的预测方法能够有效的提高蒸发波导预测精度，在海洋开发、海上救援和军事勘察等方面具有重要意义。

技术领域

本发明涉及海洋数据观测技术领域，特别涉及一种蒸发波导高度的融合预测方法。

背景技术

蒸发波导是由于水汽蒸发引起大气湿度随高度锐减形成的一种大气层结，这种层结具有异常大气折射率结构。蒸发波导对电磁波在海上的传输路径产生重要影响。高精度的预测蒸发波导发生的高度和强度，可以为海上作业提供良好的通信环境，更好地服务于海洋开发、海上救援和军事勘察等方面。

目前现有的蒸发波导模型，大多基于莫宁—奥布霍夫相似理论提出，但在普适函数、稳定度修正函数的选取以及尺度参数的确定方面存在不同，造成不同蒸发波导模型在非均匀大气条件和强稳定大气条件下预测的波导高度之间存在较大差异性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种蒸发波导高度的融合预测方法，以达到提高蒸发波导高度预测精度的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种蒸发波导高度的融合预测方法，包括如下步骤：

(1)蒸发波导高度真值获取：通过海上垂直梯度观测方法，获取不同高度上的温度、相对湿度和气压数据，并对数据进行修正，获得蒸发波导真实发生高度，即蒸发波导高度真值；

(2)蒸发波导模型高度预测：通过在指定高度处安装气象、水文传感器，获得气象、水文观测数据，包括风速、温度、相对湿度、气压和海表温度，然后采用多个蒸发波导模型获得蒸发波导高度预测值；

(3)模型敏感性分析：通过仿真模拟，采用模型等值线分布图和敏感性分析方法，分别设定不同参数的变化区间，分析不同模型对不同参数的敏感性，划分环境区间；

(4)最小二乘支持向量机回归建模：根据敏感性分析结果，在不同环境区间，以获得的气象、水文观测数据和蒸发波导模型高度预测值为输入，以蒸发波导高度真值为输出，回归获得输入与输出之间的非线性映射关系，建立多个蒸发波导模型预测高度的融合预测模型；

(5)蒸发波导高度预测：获取新的指定高度处的气象、水文观测数据，输入到建立好的融合预测模型中，进行高度预测。

上述方案中，步骤(1)中，垂直梯度观测方法包括海上垂直梯度观测塔观测方法、释放探空气球观测方法。

上述方案中，步骤(1)中，数据修正包括传感器标定曲线修正和潮位数据修正。

进一步的技术方案中，传感器标定曲线修正具体如下：通过对传感器进行实验室标定，获得传感器标定曲线，依据传感器标定曲线，采用分段函数，对获取的观测数据进行修订。

进一步的技术方案中，潮位数据修正具体如下：通过获取观测点的潮位信息，对安装在不同高度处传感器距海面的高度进行实时修正。

上述方案中，步骤(1)中，蒸发波导高度真值的计算方法如下：

根据气象参数与大气折射率之间的内在关系，通过温度、气压和水汽压的经验公式求解大气折射率，并进行地球曲率订正，得到不同高度处的大气修正折射率；

通过求解不同高度处的大气修正折射率，采用最小二乘法拟合获得大气修正折射率垂直廓线，大气修正折射率垂直廓线变化率为零的点对应的高度即为蒸发波导高度真值。