[发明专利]一种船载非接触式海表温度测量装置现场性能评估方法

摘要

本发明公开了一种基于神经网络的船载辐射计现场测温性能评估方法，属于海洋探测领域，主要步骤包括气象参数如风速、海表皮温度、大气湿度、温度的获取，通过神经网络算法计算海气界面热通量，利用评价模型将高精度测温传感器所测海表体温转换为相应的皮温数据，利用转换后的皮温数据对船载辐射计现场测温性能进行评价。本发明考虑了海洋大气耦合效应，包括风速、海气热交换等对海表皮温与海表体温之间的温差ΔT的影响，可以实时的求出海表体温与皮温之间的差值。本发明提出的评价方法得到的结果精度高，实施性强，提高了对船载辐射计海上性能评价结果的精度。

主权项

1.一种船载非接触式海表温度测量装置现场性能评估方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：对实测海域位置进行选取，确定所测海域的经度和纬度；步骤二：在数据匹配之前，对实测数据做初步的质量控制，首先剔除超出时间和地理位置的无效的现场数据；步骤三：剔除部分现场实测数据中的误差数据，利用3σ阈值剔除准则将数据集的同一传感器、同一时间而经纬度不同的数据，同一传感器、同一时间而温度不同的数据的无效数据剔除；步骤四：利用船载辐射仪架设在海面上方对选取的海域进行海表温度的测量，再使用高精度接触式测温传感器放置在水下0.5m处进行现场海表体温的测量，将所测体温数据与辐射仪所测数据进行匹配；步骤五：在选取的海洋范围内，利用获取的风速、大气温度和湿度海表气象参数，通过L‑M算法的BP神经网络算法计算海表湍流热通量，首先确定神经网络模型中的输入参数；所需输入参数分别为：海表10米风速，大气温度、湿度、海表温度；然后执行步骤六；步骤六：对神经网络模型中的传递函数及模型结构进行确定；步骤七：利用基于L‑M算法的BP神经网络算法计算出海表潜热通量；步骤八：利用红外辐射计获取海表净长波辐射通量QIR的值，通过计算公式Qnet＝QIR+QH+QE得到海气界面净热通量Qnet的大小，式中QH为感热通量，QE为潜热通量；步骤九：建立基于海表皮层温度模型和暖温层模型的评估模型，计算海表皮温与海表体温之间的温差ΔT海表皮层温度模型具有以下形式：式中，Q表示流出海洋的热通量，κ是热扩散率，ρ是海水密度，cp是水的比热容，ν是运动粘度，λ是经验系数，称为Saunders系数，u*是水中的摩阻速度；暖温层模型的形式如下：式中，ΔTw(z)为海表皮下表面部水体温度Tskin与测量深度z米处的海表体温T(z)之间的温差；DT为暖温层厚度；SSTskin为海表温度；ΔTw为暖温层内总的温度变化，它的计算公式为：式中，v为经验参数，这里取0.3；R(DT)是暖温层吸收的太阳热辐射通量，Q是海气界面散热通量；ρ是海水密度，cp是海水的比热容，DT为暖温层厚度；步骤十：对评估模型中的参数及系数进行确定；步骤十一：建立评估模型，计算海表皮温与海表体温之间的温差ΔT；步骤十二：利用评估模型将高精度接触式温度传感器所测海表体温转换为海表皮温；步骤十三：计算模型各参量的不确定度，确定模型的转换精度，一次测量结果An的uA＝S；平均测量结果A的不确定度式中x_i为样本，为样本均值；步骤十四：对辐射计的海上测温性能进行评价。