[发明专利]一种区域水位短时高精度预报方法

说明书

本发明公开了一种区域水位短时高精度预报方法，属于海洋测绘技术领域，首先，采用简化设置的水动力模式构建区域主要天文潮位，然后将模型残差细分为稳态成分(剩余天文分潮、模拟分潮偏差)和非稳态成分(剩余水位)，分别采用调和分析和长短期记忆网络进行预测。最后，根据不同的空间背景信息，分别采用反距离加权算法及其改进算法将各成分的预报值从相邻观测站校正至非测点。本发明通过这种方法，实现了区域短时水位的高精度、强鲁棒性预报，有效解决了使用潮汐表或同化模型进行水位预报时，余水位的预报精度不高以及使用三点反距离插值时可能存在的空间权重异常问题。

技术领域

本发明属于海洋测绘技术领域，具体涉及一种区域水位短时高精度预报方法。

背景技术

目前，常用的水位预报方法主要分为两种，一种是基于调和分析的潮汐表，该方法在我国沿海港口广泛使用，它可以比较准确地预报天文潮位。第二类是区域水动力数值模拟技术，该方法综合考虑了环境因素对水位变化的影响，国内外比较著名的水动力模式有ROMs、FVCOM和MIKE 21等。借助该方法，许多发达国家，如美国，通过建设物理海洋实时系统(PORTS)，在港口、河口、大湖和沿海水域等多个区域构建了48h潮汐预报系统，如Gulf ofMaine Operational Forecast System(GOMOFS)。该系统以ROMs为核心，并同化了气象、水文等预报产品。根据NOAA发布的报告显示，即使已充分考虑了环境因素，但同化模型的水位预报精度并未有很大的提升。上述两种方法的预报误差主要源于剩余水位，即由风、大气压以及径流等因素引起的水位非线性变化，因此对剩余水位的预报是水位预报业务的关键。

此外，对模型残差的空间校正也是区域水位预报的重要步骤。显而易见，空间校正的核心在于对背景误差特征分布的真实估计。现实中，获取不同水位成分的空间场信息是很难实现的，特别是在不同，在水文和气象领域，反距离加权插值、克里金法以及样条插值是常用的插值方法，考虑到潮汐观测站的数量和计算代价，利用反距离加权插值进行经典三站插值更为合适，但在某些情况下，插值结果被高(低)估。

河口和海岸的水位预报是水文预报的一个重要组成部分。在具体应用中，我国海域验潮站数量并不多，且常用的预报方法主要以天文潮位预报为主。针对上述的问题，提高剩余水位预报和空间校正的精度，既可以提高验潮站数据的利用率，也可以满足相关海洋从业者对于水位预报的需求，对我国预防海洋灾害、船舶调度、海上作业、溢油跟踪、航行导航等方面都具有重要的实际意义和良好的应用前景。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种区域水位短时高精度预报方法，设计合理，解决了现有技术对于剩余水位预报不精确，且不能综合全面地实现不同水位成分的预报及空间校正。该预报方法能够在3个小时的提前期下有效实现区域水位预报，特别是对于稀少验潮站河口、海湾具有较好的适用性及鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种区域水位短时高精度预报方法，包括以下步骤：

步骤1：利用简化设置的水动力模式构建区域主要分潮模型；

步骤2：观测站的水位移去模型水位后得到模型残差，将模型残差细分为稳态成分和非稳态成分；

稳态成分包括剩余天文分潮和模拟分潮偏差；非稳态成分包括剩余水位；

稳态成分利用调和分析预报得到，非稳态成分通过长短时记忆网络进行预报；

步骤3：对不同水位成分预报值的空间校正；

在观测站，对于已知空间背景信息的模拟分潮偏差分量利用基于信号能量的空间反距离加权法将其内插至待求点，其余分量使用反距离加权法进行内插。

优选地，在步骤2中，剩余天文分潮、模拟分潮偏差以及剩余水位的提取步骤如下：

步骤2.1：在观测站移去模型水位，获得模型残差ξ；