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声速剖面时空分布的获取是利用声学方法监测内波的核心问题。在反演算法中，声速剖面通常是采用展开的方式用若干个参数来表示的。这就导致了有时很难从反演结果中直接获得内波的相关信息。本文的目标是找到一种通过展开系数直接获取内波特性的方法。通过推导内波水动力方程，可以从较少的声速剖面样本中提取出水动力简正模态（Hydrodynamic Normal Modes，HNMs）作为声速剖面展开的正交基。较之广泛采用的正交经验函数（Empirical Orthogonal Functions, EOFs），HNMs直接与内波活动相关，具有更明确的物理含义。然后，基于HNMs对声速剖面的时间序列进行展开，获得展开系数。最后，从前两阶展开系数的时间导数中可以获取内波活动的信息。将方法应用于受内波影响而具有明显时空扰动的南海北陆架区温度链数据，结果表明：只用前两节模态就可以在较好的精度范围内重构声速剖面。前两阶系数的时间导数具有独特的双震荡结构可以用于探测内孤立波。从展开系数也可以获得幅度以及波长信息。理论推导和实验分析证明了本文方法在内波监测中的有效性。HNMs方法使用便利且对样本的依赖性较小，可以在内波活跃海域作为EOFs的有效补充用于声速剖面的展开。 相似文献
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基于正交匹配追踪的声层析方法 总被引：2，自引：0，他引：2
声速剖面的变化会对声传播产生较大的影响，经验正交函数模型经常用来实现对声速剖面数据的简化描述。然而在内波、湍流等海水不均匀性存在时，这种正则化操作会造成声速重构精度的大幅降低。本文利用字典学习生成声速剖面的非正交原子，在稀疏编码时采用正交匹配追踪（OMP，Orthogonal Matching Pursuit）算法，更新字典则使用KSVD （Kernel Singular Value Decomposition）的字典更新算法。由于字典学习不需要强制使用正交条件，对于训练数据更加灵活，从而可以使用少数的原子组合达到更高的重构精度。利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面研究了海水声速剖面的经验正交函数表示和字典学习，研究表明：相比于正交函数表示，学习字典可以利用少数原子（甚至一个原子）更好的解释声速剖面扰动。字典学习可以提高声速剖面的稀疏性，从而提高声速剖面的反演精度。 相似文献
3.
利用近5 年的Argo剖面序列,通过经验正交函数（EOF） 分析,分析了南海北部海域声速垂直结构的时空变化特征
和声速场水平分布特征。分析表明：EOF 的前6 个模态反映了海区声速结构的主要变化,可以很好地表示声速剖面。第1 模
态具有明显的年变化周期,主要受海洋混合层季节性变化影响;第2 模态与第1 模态时间函数具有明显的反向变化特征,主
要对次表层进行调制;第3 模态主要影响次表层以下声速变化;表层声速分布与深层声速分布有明显的差异,表层声速主要
受海水温度变化的影响,深层声速分布与南海环流系统关系密切;冷涡的存在会引起声速场的低值中心。 相似文献
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声速误差是多波束水深地形测量主要误差源之一,通常采用现场声速剖面测量的方式加以改正,但在深远海多波束水深地形测量时,现场获取全深度的声速剖面并非易事。针对这一问题,利用东南印度洋海洋调查工作中采集到的17个站位的CTD数据,将所有站位声速剖面拓展到全深度,采用经验正交函数分析法(Empirical Orthogonal Functions,EOF)构建调查区声速剖面场,可获得声速剖面场内任意一点的声速值。然后通过EOF重构声速剖面场获得的声速值对测区内多波束水深地形数据进行改正,并与实测声速剖面对多波束水深地形数据的改正结果进行对比,结果表明,5000 m水深范围内2种声速改正结果相差很小,EOF重构法对深水多波束的声速改正满足水深测量的要求。 相似文献
5.
针对目前局部海域小时间尺度声速场建模方法未顾及不同深度区间内声速变化规律的问题,本文根据实测深海声速剖面的统计特征,提出了声速剖面分层方法,并进一步基于经验正交函数（Empirical Orthogonal Function, EOF）提出了局部小时间尺度的声速剖面分层时变模型构建方法。利用南海实测全海深声速剖面数据,分析了分层EOF第一模态系数和等效平均声速的日变化特征,并比较了不同拟合模型的精度。最后,利用试验海区的温度和潮汐数据分析了声速剖面周期变化的影响因素。结果表明： ①声速剖面分层EOF第一模态系数及等效平均声速具有日周期变化特征,上层声速日周期变化特征不明显,中层声速日周期变化特征较明显,下层声速变化较小但仍具有日周期变化特征;②局部海域小时间尺度声速拟合应考虑长期变化项的影响;③试验海区声速剖面EOF第一模态系数变化与温度显著相关,提取的声速剖面时变特征与海区潮汐周期特征基本吻合。 相似文献
6.
经验正交函数(EOF)是描述声速剖面的有效基函数,通常只需要前几阶EOF即可较为精确地表示声速剖面。但使用EOF重构的声速剖面进行多波束测量声速改正时,选取的阶次未必满足多波束测深精度要求。针对此问题,首先介绍了EOF表示声速剖面的原理及流程,然后以北海某区域实测声速剖面数据为例,分析了不同阶次EOF拟合声速剖面误差以及不同阶次EOF拟合声速剖面对多波束测深的影响,最后结合NOAA对多波束测量声速剖面误差造成的水深限差要求确定EOF阶次,实现了在满足多波束测深精度的同时,合理确定EOF阶次的目的。 相似文献
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关于表层声速对多波束测深影响及改正的探讨 总被引：1，自引：0，他引：1
通过分析波束形成的原理与实测数据处理得出结论：表层声速误差将对多波束测量产生不可挽回的错误；而当表层声速正确、声速剖面误差时，在后处理可以通过适当的声速剖面加以改正。 相似文献
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经验正交函数（experiential orthogonal functions,EOF）是重构声速剖面（sound speed profile,SSP）的一种有效方法,利用部分实测数据结合历史剖面资料可以重构当前位置的声速剖面。针对实测数据的采样深度难以确定这一问题,本文介绍了一种基于历史声速剖面资料的实测数据采样深度选取方法,根据EOF空间函数的方差贡献率确定数据量,进而采用EOF算法重构全海深声速剖面。实验结果表明：采用该方法得到的数据重构的声速剖面与实测声速剖面具有较好的一致性,基于常梯度声线跟踪法得到的水深数据能够满足0.25%倍水深限差,有效波束比达到了100%,为实际测量作业中声剖数据的采样深度提供了参考。 相似文献
10.
利用了4 a的Argo剖面序列,通过经验正交函数(EOF)分析,得出了台湾以东海域声速垂直结构的时空变化特征。EOF拟合声速剖面的精度与选取的模态数有关,合成剖面时包含的模态数越多,精度越高;前3~6个模态反映了海区声速结构的主要变化,累积方差贡献率可达89.4%~96.6%。第1模态描述了声速在垂直方向上的同相变化,具有年周期,峰值和谷值分别出现在夏季和冬季;第2模态描述了声速在近表层与次表层和主跃层的反相变化。第1、2模态的共同作用是声速垂直结构差异的主导因素,使近表层声速的季节性变化较大,而主跃层的变化相对较小;而第3模态及更高阶的模态对声速剖面的调制作用在物理意义上并不明显。 相似文献
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Complex perturbations in the profile and the sparsity of samples often limit the validity of rapid environmental assessment (REA) in the South China Sea (SCS). In this paper, the remote sensing data were used to estimate sound speed profile (SSP) with the self-organizing map (SOM) method in the SCS. First, the consistency of the empirical orthogonal functions was examined by using k-means clustering. The clustering results indicated that SSPs in the SCS have a similar perturbation nature, which means the inverted grid could be expanded to the entire SCS to deal with the problem of sparsity of the samples without statistical improbability. Second, a machine learning method was proposed that took advantage of the topological structure of SOM to significantly improve their accuracy. Validation revealed promising results, with a mean reconstruction error of 1.26 m/s, which is 1.16 m/s smaller than the traditional single empirical orthogonal function regression (sEOF-r) method. By violating the constraints of linear inversion, the topological structure of the SOM method showed a smaller error and better robustness in the SSP estimation. The improvements to enhance the accuracy and robustness of REA in the SCS were offered. These results suggested a potential utilization of REA in the SCS based on satellite data and provided a new approach for SSP estimation derived from sea surface data. 相似文献
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基于时间平均的海底沉积物声速预测 总被引：2，自引：2，他引：0
在海底沉积物声速预测中,把不同海域的物理性质完全不同的沉积物试验数据拟合出一个统一的方程存在不足,不但数据过于离散,而且方程中参量的物理意义不明确。借鉴Wyllie等建立的时间平均方程的思路,基于声传播过程中路程、时间和声速之间的基本关系,引入了表征固液双相之间的堆垒方式和耦合状态对声传播路径影响的耦合系数,建立了沉积物声速预测模型。将鹿回头外海、南海南部和北部的沉积物测量数据进行线性回归分析,分别得出适用于不同海域的沉积物声速预测模型,拟合的复相关系数较大,偏差较小,证明该模型能够反映声速随孔隙度的变化规律,且各参数物理意义明确,具有一定的研究和理论探索意义。 相似文献
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基于主元分析技术的海底沉积物声速预报方程 总被引：2，自引：0，他引：2
通过应用主元分析技术建立预报海底沉积物声速的经验方程，将前人研究报道的经验方程进行分析研究，指出其计算误差，运用南海南部大陆架和大陆坡数据，建立了主元回归计算模型。从理论上研究了如何在众多影响声速的物理参数中，排除相互关联的参数，优选出相互独立的、且对声速有显著影响的少数几个物理参数，用优选后的物理参数建立了南海南部海域大陆架及大陆坡沉积物的3参数（孔隙度n、颗粒中值粒径Ma、塑限W，）声速预报方程：Cp=1774-5．0944n＋12．499Md＋0．9985Wp，该方程的相对预报误差仅为-4．48％-3．77％。 相似文献
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南海北部海区上层水体平均声速场的变化 总被引：1，自引：0，他引：1
对所收集到的南海北部海区的温度、盐度和深度历史资料进行了声速的计算、统计与分析,结果表明该海区上层水体的平均声速场有较明显的年际变化:表层声速的平面分布显示出沿岸水与外海水强弱交替变化的特征,声速等值线的走向几乎与岸线平行,等声速线的值自近岸向外海增加,大陆架外缘海区声速的水平梯度较大;下层声速的分布以环流和水体共同作用的形式出现,50m层声速平面分布的趋势除冬季与表层稍为相似外,其余季节与表层有明显的差别,春、夏季节50m层声速自西向东增加,而秋季与其表层分布相反,自近岸向外海减小;声速的垂直分布受海水升温与降温的影响显著,春、夏季表层海水升温,海表声速最大,声速自海表随深度的增加而减小;秋、冬季表层附近水层降温,声速稍偏低,普遍出现正梯度现象,最大声速移至表层以下的水层,这个深度随季节的改变而改变,随海区的不同而不同.该海区的平均声速有年波动现象,表层波幅最大,随深度的增加波幅变小,至100m水层其波动的位相几乎与表层相反. 相似文献
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南海北部大陆架海底沉积物物理性质研究 总被引：6，自引：0，他引：6
用物理(声学的、工程地质的、扫描电子显微镜)等技术方法，综合分析了沉积物结构特征和工程力学性质，研究了颗粒接触、堆垒、孔隙等现象与物理性质之间的关系，得出了沉积物声学物理参数和应力一应变性质之间的关系。结果表明，南海北部大陆架海底沉积物有6种结构类型，其中混合接触结构类型的沉积物具有较高的抗压强度和声速，浅层海底存在着高、低声速分层的中尺度结构。 相似文献
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南海北部陆坡海域是孤立内波的活跃区,孤立内波在该海域能够引起水体环境较强烈的水平不均匀性,从而影响声场干涉结构。将描述宽带声信号强度干涉条纹斜率的波导不变量视为一种分布,能更准确地分析声场的距离*频率干涉结构。本文研究了孤立内波环境下过渡海域声场的距离*频率干涉结构,依据实测孤立内波海洋环境,得到孤立内波环境下随距离变化的声速剖面,利用抛物方程方法仿真过渡海域声场干涉结构。在此基础上,利用拉东变换和傅里叶变换结合的谱值分离方法在低信噪比环境下提取波导不变量分布。分析表明孤立内波环境下过渡海域的声场类影区、类会聚区的波导不变量取值更丰富。 相似文献
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Modal Wave Number Tomography for South China Sea Front 总被引：10，自引：0，他引：10
1 .IntroductionTheSouthChinaSealiestothesoutheastpartoftheChinesecontinent.TheKuroshioflowsbytheeastsideoftheLuzonStraitfromsouthtonorthinwinter ,spring ,andautumn .TheKuroshioaf fectsnearcurrentfieldsandtemperaturefields,changingtheoceanenvironmentparametersandsoundpropagation .Thus ,theoceanacoustictomographytechniqueisofpotentialtolong term ,largescalemonitoringoftheocean .Themodalwavenumbertomographymethod (Rajanetal.,1 987;Frisketal.,1 989)isusedtoobtainthesoundspeedprofileinwatercol… 相似文献