基于Argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法及装置

本发明涉及海洋洋流，特别涉及一种基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法及装置。

背景技术：

1、作为海水的主要运动形式，洋流指海水沿着一定方向有规律的具有相对稳定速度的水平流动，是全球气候系统的重要组成部分，而流量是反映洋流强度的一个关键指标。在以往的研究中，一般将洋流流量分为斜压(baroclinic)与正压(barotropic)两个部分进行计算。等压面与等势面的测定是评估斜压输送的基础，依赖于水文观测、卫星测高、卫星重力等数据采集方式和模型模拟算法的发展。在各次海洋观测实验中，系泊流速计和声学剖面仪等设备提供了直接水流观测数据，使正压输送得以不断修正。尽管洋流流量研究已持续上百年，但不同研究在对南极绕极流等典型洋流的流量估算上仍存在较大差异，有必要进行新的可靠评估。

2、相关技术中，通常通过海洋观测站、浮标、卫星遥感等手段获取洋流的流速数据，并通过温度、盐度和海水密度等数据来辅助计算，需要综合多种因素实现洋流流速的准确计算。

3、然而，上述技术手段中基于温度、盐度和海水密度等间接方法计算洋流流速时，会反复出现参考面的选取与正压、斜压的区分计算问题，使得计算过程繁琐且不够准确可靠，亟待解决。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法及装置，以解决相关技术中计算洋流流速时反复出现参考面的选取与正压、斜压的区分计算问题，准确计算洋流通过选定剖面的流量，有效避免日常波动对洋流平均流量计算的影响。

2、为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出一种基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法，包括以下步骤：

3、获取流速数据文件，并从所述流速数据文件中确定目标洋流的剖面，并筛选出所述剖面两侧处于预设的缓冲区宽度内的至少一个流速数据点，且计算每个流速数据点在垂直于所述剖面且与所述目标洋流同向的流速；

4、根据所述每个流速数据点的空间分布进行深度分层，得到多个深度层和每个深度层的流速数据点；

5、基于预设的水平分辨率和预设的垂直分辨率，将所述剖面格网化处理得到多个剖面格网，并剔除所述多个剖面格网中不满足预设地形条件的格网，得到多个目标格网；

6、基于所述每个流速数据点在垂直于所述剖面且与所述目标洋流同向的流速，根据所述多个目标格网、所述多个深度层和所述每个深度层的流速数据点确定所述多个目标格网中部分目标格网的流速，并对剩余目标格网进行线性插值，直至得到每个目标格网的初始赋予流速；

7、基于所述每个目标格网的初始赋予流速和所述多个深度层，在垂直方向上做线性插值，填充层与层之间的空格网，得到所述每个目标格网的最终赋予流速；

8、根据所述每个目标格网的最终赋予流速和所述每个目标格网的面积得到所述剖面的输送流量。

9、根据本发明的一个实施例，所述筛选出所述剖面两侧处于预设的缓冲区宽度内的至少一个流速数据点，包括：

10、获取argo浮标定位数据的流速计算结果和海底系泊流速计观测结果；

11、基于所述argo浮标定位数据的流速计算结果和/或所述海底系泊流速计观测结果，筛选出所述剖面两侧处于预设的缓冲区宽度内的至少一个流速数据点。

12、根据本发明的一个实施例，所述基于所述每个流速数据点在垂直于所述剖面且与所述目标洋流同向的流速，根据所述多个目标格网、所述多个深度层和所述每个深度层的流速数据点确定所述多个目标格网中部分目标格网的流速，包括：

13、判断在所述剖面上的投影点位于同一目标格网的流速数据点是否为多个；

14、若在所述剖面上的投影点位于同一目标格网的流速数据点是否为多个，则按照距离加权算法将在所述剖面上的投影点位于同一目标格网的所有流速数据点插值到对应的目标格网，并根据插值结果确定对应目标格网的流速，否则，将投影至对应格网的流速数据点的流速作为对应目标格网的流速。

15、根据本发明的一个实施例，所述每个深度层的流速数据点大于预设个数。

16、根据本发明的一个实施例，所述根据所述每个目标格网的的最终赋予流速和所述每个目标格网的面积得到所述剖面的输送流量，包括：

17、基于预设的流量计算公式，根据所述每个目标格网的最终赋予流速和所述每个目标格网的面积得到所述剖面的输送流量，其中，所述预设的流量计算公式为：

18、

19、其中，t为目标剖面的流量值，l为水平分辨率，d为垂直分辨率，v(x,y)表示位置为(x,y)处格网的流速值。

20、根据本发明实施例提出的基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法，通过从流速数据文件中确定目标洋流的剖面，筛选两侧处于预设的缓冲区宽度内的流速数据点，计算每个流速数据点在垂直于剖面且与目标洋流同向的流速；根据每个流速数据点的空间分布进行深度分层，基于预设的水平分辨率和预设的垂直分辨率，对剖面进行格网化处理并剔除其中不满足预设地形条件的格网；确定多个格网中部分格网的流速，并对剩余格网进行线性插值，直至得到每个格网在垂直于剖面且与目标洋流同向的流速；根据每个格网的流速以及每个格网的面积得到剖面的输送流量。由此，通过获取argo浮标定位数据，根据定位数据执行洋流流量算法，并根据输出的插值后的格网数据文件绘制剖面流速差值结果图，准确计算洋流通过选定剖面的流量，有效避免日常波动对洋流平均流量计算的影响。

21、为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出一种基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量装置，包括：

22、剖面模块，用于获取流速数据文件，并从所述流速数据文件中确定目标洋流的剖面，并筛选出所述剖面两侧处于预设的缓冲区宽度内的至少一个流速数据点，且计算每个流速数据点在垂直于所述剖面且与所述目标洋流同向的流速；

23、分层模块，用于根据所述每个流速数据点的空间分布进行深度分层，得到多个深度层和每个深度层的流速数据点；

24、格网化模块，用于基于预设的水平分辨率和预设的垂直分辨率，将所述剖面格网化处理得到多个剖面格网，并剔除所述多个剖面格网中不满足预设地形条件的格网，得到多个目标格网；

25、第一插值模块，用于基于所述每个流速数据点在垂直于所述剖面且与所述目标洋流同向的流速，根据所述多个目标格网、所述多个深度层和所述每个深度层的流速数据点确定所述多个目标格网中部分目标格网的流速，并对剩余目标格网进行线性插值，直至得到每个目标格网的初始赋予流速；

26、第二插值模块，用于基于所述每个目标格网的初始赋予流速和所述多个深度层，在垂直方向上做线性插值，填充层与层之间的空格网，得到所述每个目标格网的最终赋予流速；

27、计算模块，用于根据所述每个目标格网的最终赋予流速和所述每个目标格网的面积得到所述剖面的输送流量。

28、根据本发明的一个实施例，所述剖面模块，具体用于：

29、获取argo浮标定位数据的流速计算结果和海底系泊流速计观测结果；

30、基于所述argo浮标定位数据的流速计算结果和/或所述海底系泊流速计观测结果，筛选出所述剖面两侧处于预设的缓冲区宽度内的至少一个流速数据点。

31、根据本发明的一个实施例，所述水平插值模块，具体用于：

32、判断在所述剖面上的投影点位于同一目标格网的流速数据点是否为多个；

33、若在所述剖面上的投影点位于同一目标格网的流速数据点是否为多个，则按照距离加权算法将在所述剖面上的投影点位于同一目标格网的所有流速数据点插值到对应的目标格网，并根据插值结果确定对应目标格网的流速，否则，将投影至对应格网的流速数据点的流速作为对应目标格网的流速。

34、根据本发明的一个实施例，所述每个深度层的流速数据点大于预设个数。

35、根据本发明的一个实施例，所述计算模块，具体用于：

36、基于预设的流量计算公式，根据所述每个目标格网的最终赋予流速和所述每个目标格网的面积得到所述剖面的输送流量，其中，所述预设的流量计算公式为：

37、

38、其中，t为目标剖面的流量值，l为水平分辨率，d为垂直分辨率，v(x,y)表示位置为(x,y)处格网的流速值。

39、根据本发明实施例提出的基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量装置，通过从流速数据文件中确定目标洋流的剖面，筛选两侧处于预设的缓冲区宽度内的流速数据点，计算每个流速数据点在垂直于剖面且与目标洋流同向的流速；根据每个流速数据点的空间分布进行深度分层，基于预设的水平分辨率和预设的垂直分辨率，对剖面进行格网化处理并剔除其中不满足预设地形条件的格网；确定多个格网中部分格网的流速，并对剩余格网进行线性插值，直至得到每个格网在垂直于剖面且与目标洋流同向的流速；根据每个格网的流速以及每个格网的面积得到剖面的输送流量。由此，通过获取argo浮标定位数据，根据定位数据执行洋流流量算法，并根据输出的插值后的格网数据文件绘制剖面流速差值结果图，准确计算洋流通过选定剖面的流量，有效避免日常波动对洋流平均流量计算的影响。

40、为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法。

41、为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法。

42、为达到上述目的，本发明第五方面实施例提出一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，以用于实现如上述实施例所述的基于argo浮标与海底地形数据的洋流流量方法。

43、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。