[发明专利]一种土壤湿度数据三维协调同化方法及系统

权利要求书

1.一种土壤湿度数据三维协调同化方法，适用于卫星和/或台站中采集的土壤湿度数据，其特征在于，所述方法包括：

针对目标观测区域内的每个土壤格点，确定该土壤格点在第一时刻的土壤湿度观测值，所述土壤湿度观测值为对土壤格点进行测量得到的土壤湿度值；

针对每个土壤格点，确定该土壤格点在第一时刻的土壤湿度扰动值，所述土壤湿度扰动值为土壤格点在加入垂直方向随机扰动和水平方向随机扰动后得到的土壤湿度集合样本值，所述水平方向随机扰动指与土壤格点处于相同土壤层的其他周围土壤格点上通过集合扰动引入的水平方向模式误差，所述垂直方向随机扰动指与土壤格点处于不同土壤层上通过集合扰动引入的垂直方向模式误差；

确定多个土壤格点在第一时刻对应的增益矩阵，增益矩阵中的每个元素为与对应的土壤格点对应的增益算子；

根据所确定的增益矩阵、各土壤格点在第一时刻的土壤湿度观测值、各土壤格点在第一时刻的土壤湿度扰动值，确定各土壤格点在第一时刻的土壤湿度分析值；

其中，通过以下方式确定每个土壤格点在第一时刻的土壤湿度分析值：

确定多个土壤格点对应的观测算子；

针对每个土壤格点，计算观测算子与该土壤格点在第一时刻的土壤湿度扰动值的第一乘积，确定该土壤格点在第一时刻的土壤湿度观测值与第一乘积的差值，并计算该土壤格点对应的增益算子与所述差值的第二乘积，将该土壤格点在第一时刻的土壤湿度扰动值与第二乘积之和，确定为该土壤格点在第一时刻的土壤湿度分析值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定增益矩阵：

基于耦合模式确定各土壤格点在第一时刻对应的观测误差协方差矩阵；

针对每个土壤格点，根据该土壤格点在第一时刻的土壤湿度扰动值，确定该土壤格点在第一时刻的土壤湿度模式误差值；

针对每个土壤格点，确定该土壤格点在第一时刻对应的土壤湿度水平方向随机扰动误差值和土壤湿度垂直方向随机扰动误差值；

根据各土壤格点对应的土壤湿度模式误差值、土壤湿度水平方向随机扰动误差值和土壤湿度垂直方向随机扰动误差值，构建背景场误差协方差向量；

根据所述背景场误差协方差向量和所述背景场误差协方差向量的转置，确定背景场误差协方差矩阵；

根据多个土壤格点对应的观测算子、所确定的背景场误差协方差矩阵、观测误差协方差矩阵，确定多个土壤格点在第一时刻对应的增益矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据多个土壤格点对应的观测算子、所确定的背景场误差协方差矩阵、观测误差协方差矩阵，确定多个土壤格点在第一时刻对应的增益矩阵的步骤，具体包括：

确定多个土壤格点对应的观测误差协方差矩阵；

计算所述观测算子、所述背景场误差协方差矩阵与所述观测算子的转置之间的第三乘积；

计算垂直局地化函数矩阵与水平局地化函数矩阵之间的第四乘积；

计算所述第四乘积、所述背景场误差协方差矩阵与所述观测算子的转置之间的第五乘积；

计算所述第三乘积与所述第四乘积之间的第六乘积，并计算所述第六乘积和所述观测误差协方差矩阵之和；

计算所述第六乘积与所述第六乘积和所述观测误差协方差矩阵之和的逆矩阵之间的乘积，作为所述增益矩阵。