一种内拉湾海冰厚度模拟方法及系统与流程

1.本发明涉及海冰厚度模拟技术领域，特别涉及一种内拉湾海冰厚度模拟方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.现有模型算法需要温度、盐度、雪厚等多种参数，而且普适性较差，经检验，并不适宜用于内拉湾海冰厚度的计算，误差较大。
4.内拉湾比邻南极中山科学考察站，是科考队员进行科学考察以及每年的冰上卸货和外站交流等活动的重要场所和通道，因此该区域海冰厚度的计算事关中山站科考的生命财产安全。
5.目前海冰厚度模拟主要有遥感反演和物理模型两种手段，遥感反演海冰厚度目前仍是国际难题，尚处于探索阶段，目前没有理想的反演方法。海冰厚度物理模型较为常用的是经典的stefan定律，stefan定律假设海冰温度剖面变化线性变化，忽略海洋热通量，海冰表面没有积雪覆盖或者薄雪覆盖。不考虑海冰表面积雪时，海冰的生长方程可以表达为：
[0006][0007]
式中，为海冰的热传导系数，取2.1w/(m
·
℃)；ρ
si
为海冰体积密度，取920kg/m3；lf为海冰冻结潜热，取335.9kj/kg；ts为海冰表面温度；tf为海冰冰点；可以得到海冰厚度的解析解：
[0008][0009]
式中，d表示结冰温度日数，时间间隔为1天(d)，单位为：℃
·
d。
[0010]
如果考虑边界层对空气温度和海冰表面温度以及表面积雪的影响，将方程修改为：
[0011][0012]
式中，hs为积雪厚度；ks为积雪热传导系数，取0.4w/(m
·
℃)；k0为热通量系数，取-40w/m2；k1为热交换系数，取15w/(m
·
℃)；ta为气温；ts为雪
–
冰界面的温度。假定积雪厚度hs为常数，可以得到海冰厚度的表达式：
[0013]
[0014]
式中，
[0015]
可以看到，上述方案的模型参数复杂，部分参数需要人工测量获取，这对于极区实现难度较大；部分参数为经验参数，由于不同海区海水和海冰物理参数差异较大，因此该模型不具有普适性，通过实际用于，该模型的模拟值与真实测量值相比误差较大，海冰厚度模拟效果较差。


技术实现要素：

[0016]
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种内拉湾海冰厚度模拟方法及系统，利用长时间序列海冰厚度数据和自动气象站气温观测数据进行相关性分析和模型构建，仅需时间序列气温数据作为参数，简化了其他算法对复杂参数的需求，能够较为准确的模拟内拉湾海冰增长过程。
[0017]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0018]
本发明第一方面提供了一种内拉湾海冰厚度模拟方法。
[0019]
一种内拉湾海冰厚度模拟方法，包括以下过程：
[0020]
获取内拉湾上一时刻海冰厚度、上一时刻到当前时刻的气温平均值以及上一时刻到当前时刻的天数；
[0021]
根据获取的上述数据，得到当前时刻的内拉湾海冰厚度模拟结果。
[0022]
进一步的，当上一时刻到当前时刻的气温平均值大于第一阈值时，当前时刻的海冰厚度模拟结果hi为：
[0023][0024]
其中，h
i-1
为i-1时刻海冰厚度，为i-1时刻至i时刻日均气温的平均值，为i-1时刻至i时刻所经历的天数。
[0025]
进一步的，当上一时刻到当前时刻的气温平均值小于或等于第一阈值时，当前时刻的海冰厚度模拟结果hi为：
[0026][0027]
其中，h
i-1
为i-1时刻海冰厚度，为i-1时刻至i时刻日均气温的平均值，为i-1时刻至i时刻所经历的天数。
[0028]
本发明第二方面提供了一种海冰厚度模拟系统。
[0029]
一种海冰厚度模拟系统，包括：
[0030]
数据获取模块，被配置为：获取内拉湾上一时刻海冰厚度、上一时刻到当前时刻的气温平均值以及上一时刻到当前时刻的天数；
[0031]
厚度模拟模块，被配置为：根据获取的上述数据，得到当前时刻的内拉湾海冰厚度模拟结果。
[0032]
进一步的，当上一时刻到当前时刻的气温平均值大于第一阈值时，当前时刻的海冰厚度模拟结果hi为：
[0033]
[0034]
其中，h
i-1
为i-1时刻海冰厚度，为i-1时刻至i时刻日均气温的平均值，为i-1时刻至i时刻所经历的天数。
[0035]
进一步的，当上一时刻到当前时刻的气温平均值小于或等于第一阈值时，当前时刻的海冰厚度模拟结果hi为：
[0036][0037]
其中，h
i-1
为i-1时刻海冰厚度，为i-1时刻至i时刻日均气温的平均值，为i-1时刻至i时刻所经历的天数。
[0038]
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的内拉湾海冰厚度模拟方法中的步骤。
[0039]
本发明第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的内拉湾海冰厚度模拟方法中的步骤。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0041]
1、本发明所述的内拉湾海冰厚度模拟方法及系统，利用长时间序列海冰厚度数据和自动气象站气温观测数据进行相关性分析和模型构建，仅需时间序列气温数据作为参数，简化了其他算法对复杂参数的需求，能够较为准确的模拟海冰增长过程。
[0042]
2、本发明所述的内拉湾海冰厚度模拟方法及系统，采用长时间序列的气温数据为参数，相较于已有算法参数进行了简化，对于南极恶劣的气候环境，避免了参数人工获取环节，增强了方法的实用性和可行性，能够较为精确的对内拉湾海冰厚度进行模拟，对于每年进行南极中山站科学考察冰山卸货和冰山科考作业具有较强的实用性和现实意义。
[0043]
本发明附加方面的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。
附图说明
[0044]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0045]
图1为本发明实施例1提供的海冰厚度模拟方法的流程示意图。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0047]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0048]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0049]
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0050]
实施例1：
[0051]
如图1所示，本发明实施例1提供了一种内拉湾海冰厚度模拟方法，包括以下过程：
[0052]
获取内拉湾上一时刻海冰厚度、上一时刻到当前时刻的气温平均值以及上一时刻到当前时刻的天数；
[0053]
根据获取的上述数据，得到当前时刻的内拉湾海冰厚度模拟结果。
[0054]
本实施例以内拉湾区域的海冰模拟为例，包括：
[0055]
s1：数据的获取，通过实地测量获取长时间序列海冰厚度数据，通过自动气象站获取长时间序列气象数据。
[0056]
s2：数据质量控制，对获取的数据进行人工质量控制，例如去除异常数据或者去除噪声数据等。
[0057]
s3：利用所观测的大量样本数据与气温数据进行趋势分析和相关性分析，内拉湾海冰厚度增长速度与气温的变化基本符合二次多项式关系，根据趋势分析和相关分析-10℃是海冰变化的一个拐点，采用分段多项式进行模拟精度有很大提升，经过多次实验和参数调整，构建基于气温的海冰厚度模型：
[0058][0059][0060]
式中，hi为所求海冰厚度，h
i-1
为初始海冰厚度或者已知上一时刻海冰厚度，为i-1至i时刻日均气温的平均值，为i-1至i时刻所经历的天数。当海冰处于持续增长阶段(即)采用公式(1)，当日平均气温持续大于-10℃(即)采用公式(2)。
[0061]
本实施例通过大量的海冰实测数据和同期气象实测数据进行趋势分析和相关性分析，经过参数调整，构建了适合于内拉湾区域的海冰厚度模型算法，该海域海水、海冰物理属性周期变化较为稳定，因此采用时间序列气温数据为模型参数，海水和海冰物理属性的影响隐含于气温参数当中，中山站和内拉湾常年架设自动气象站，可连续不间断获取该区域气象数据。本实施例所述的模型参数可稳定获取，模型的可操作性强，另外利用多年海冰实测数据验证，该模型算法精度较高，可有效模拟海冰的年际变化过程。
[0062]
实施例2：
[0063]
本发明实施例2提供了一种内拉湾海冰厚度模拟系统，包括：
[0064]
数据获取模块，被配置为：获取内拉湾上一时刻海冰厚度、上一时刻到当前时刻的气温平均值以及上一时刻到当前时刻的天数；
[0065]
厚度模拟模块，被配置为：根据获取的上述数据，得到当前时刻的内拉湾海冰厚度模拟结果。
[0066]
当上一时刻到当前时刻的气温平均值大于第一阈值时，当前时刻的海冰厚度模拟结果hi为：
[0067][0068]
其中，h
i-1
为i-1时刻海冰厚度，为i-1时刻至i时刻日均气温的平均值，为i-1时刻至i时刻所经历的天数。
[0069]
当上一时刻到当前时刻的气温平均值小于或等于第一阈值时，当前时刻的海冰厚
度模拟结果hi为：
[0070][0071]
其中，h
i-1
为i-1时刻海冰厚度，为i-1时刻至i时刻日均气温的平均值，为i-1时刻至i时刻所经历的天数。
[0072]
详细步骤与实施例1提供的方法相同，这里不再赘述。
[0073]
实施例3：
[0074]
本发明实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例1所述的内拉湾海冰厚度模拟方法中的步骤。
[0075]
实施例4：
[0076]
本发明实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例1所述的内拉湾海冰厚度模拟方法中的步骤。
[0077]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0078]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0079]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0080]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0081]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0082]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。