岸用光學(xué)測(cè)波儀與波浪浮標(biāo)比對(duì)分析

林道寬,崔力維

（國(guó)家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,廣西 北海 536000）

岸用光學(xué)測(cè)波儀與波浪浮標(biāo)比對(duì)分析

林道寬,崔力維

（國(guó)家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,廣西 北海 536000）

利用潿洲海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站岸用光學(xué)測(cè)波儀測(cè)量的波浪數(shù)據(jù)與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)波浪的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步對(duì)比分析。結(jié)果表明FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)獲取的最大波高、十分之一大波波高、平均周期等海洋物理要素的變化趨勢(shì)與岸用光學(xué)測(cè)波儀測(cè)量獲取的波浪數(shù)據(jù)有較好的一致性，但波向值差距較大。其中，2015年6月24—7月3日岸用光學(xué)測(cè)波儀和浮標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果為：最大波高、十分之一大波波高、平均周期、波向的相關(guān)系數(shù)分別為0.87，0.91，0.81，0.13，平均誤差分別為0.3,0.2，-0.1，39.1，誤差極值分別為1.0，0.8，0.7，96。

岸用光學(xué)測(cè)波儀；波高；周期；浮標(biāo)

0 引言

對(duì)岸用光學(xué)測(cè)波儀與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)進(jìn)行比對(duì)觀測(cè)，旨在驗(yàn)證波浪浮標(biāo)的準(zhǔn)確性，檢驗(yàn)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能否滿(mǎn)足《海濱觀測(cè)規(guī)范》（GB/T14914-2006）所要求的業(yè)務(wù)化海洋觀測(cè)工作[1]，確保FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)的觀測(cè)結(jié)果能準(zhǔn)確反映所測(cè)海域觀測(cè)要素的真實(shí)變化情況，為FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理方法

1.1 比測(cè)設(shè)備

波浪要素比測(cè)采用SBA1-2岸用光學(xué)測(cè)波儀做為比測(cè)設(shè)備。比測(cè)時(shí)段內(nèi)，對(duì)FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)及岸用光學(xué)測(cè)波儀進(jìn)行連續(xù)、同步或準(zhǔn)同步的波浪要素觀測(cè)。獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)按適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行數(shù)據(jù)處理及評(píng)價(jià)。FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)及岸用光學(xué)測(cè)波儀的主要觀測(cè)要素的分辨率及精度見(jiàn)表1。

表1 比測(cè)儀器有關(guān)技術(shù)指標(biāo)

1.2 比測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源

本次比對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源于潿洲島海洋站，比測(cè)地點(diǎn)在潿洲島灣仔角（見(jiàn)圖1），采用岸用光學(xué)測(cè)波儀的人工觀測(cè)數(shù)據(jù)與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比測(cè)，比測(cè)要素為：最大波高、十分之一波高、平均周期和波向。在比測(cè)時(shí)間段為：2015年6月24日至7月3日，觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄時(shí)次為每日8時(shí)、11時(shí)、14時(shí)、17時(shí)共有10天40組的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法[2]

比對(duì)數(shù)據(jù)參照《海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)方法》中給出的方法進(jìn)行處理。具體的方法如下：

（2）誤差計(jì)算。

①計(jì)算比對(duì)數(shù)據(jù)的誤差。

其中X1i和X2i分別為岸用光學(xué)測(cè)波儀和波浪浮標(biāo)同步或準(zhǔn)同步觀測(cè)所獲得的某個(gè)觀測(cè)要素的第i個(gè)數(shù)據(jù)。

②計(jì)算誤差的平均值。

其中n為觀測(cè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

③計(jì)算誤差的極值(△X)max。

④計(jì)算誤差的均方差。

2 比測(cè)結(jié)果及分析[3-4]

《海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)方法》中提出了比對(duì)結(jié)果判別的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，按順序分別為：（1）過(guò)程曲線(xiàn)趨勢(shì)的一致性。 （2）相關(guān)系數(shù)大于等于0.90()。（3）誤差極值小于等于3倍均方差()。下面也主要參照這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 觀測(cè)要素相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表3 觀測(cè)要素誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1 最大波波高數(shù)據(jù)比測(cè)

最大波高觀測(cè)數(shù)據(jù)的過(guò)程曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，兩條過(guò)程曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)具有明顯的一致性，數(shù)值偏差不大。

從表2可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)測(cè)得的最大波高數(shù)據(jù)相關(guān)性比較高，相關(guān)系數(shù)為0.87。

在誤差極值與3倍均方差的關(guān)系上（見(jiàn)表2），最大波高的誤差極值略小于3倍均方差。從誤差上看（見(jiàn)表3），最大波高誤差極值為1.0,平均誤差為0.3。

從以上分析可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)最大波高觀測(cè)數(shù)據(jù)符合的比較好，兩者的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)具有比較明顯的一致性，平均誤差較小。

2.2 十分之一大波波高數(shù)據(jù)比測(cè)

岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)十分之一大波高數(shù)據(jù)的過(guò)程曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，兩條過(guò)程曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)具有較明顯的一致性，數(shù)值上偏差不大。

從表2可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)得的十分之一大波高數(shù)據(jù)相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.91。

在誤差極值與3倍均方差的關(guān)系上（見(jiàn)表2），十分之一大波高的誤差極值略大于3倍均方差。從誤差上看（見(jiàn)表3），十分之一大波高誤差極值為0.8,平均誤差為0.2。

從以上分析可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)十分之一大波高觀測(cè)數(shù)據(jù)符合的比較好，兩者的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)具有較明顯的一致性。

2.3 平均周期數(shù)據(jù)比測(cè)

岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)平均周期數(shù)據(jù)的過(guò)程曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，兩條過(guò)程曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)較為一致，整體上數(shù)值偏差不大。

從表2可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)平均周期數(shù)據(jù)相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.81。

在誤差極值與3倍均方差的關(guān)系上（見(jiàn)表2），平均周期的誤差極值小于3倍均方差。從誤差上看（見(jiàn)表3），平均周期誤差極值為0.7,平均誤差為-0.1。

從以上分析可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)平均周期觀測(cè)數(shù)據(jù)符合的比較好，兩者存在的誤差較小。

2.4 波向數(shù)據(jù)比測(cè)

岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)波向數(shù)據(jù)的過(guò)程曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，兩條過(guò)程曲線(xiàn)的變化具有一定的趨勢(shì)性，但數(shù)值上偏差較大?？傮w上看，F(xiàn)ZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)測(cè)得的波向數(shù)據(jù)比岸用光學(xué)測(cè)波儀人工觀測(cè)到的波向數(shù)值要偏大。

從表2可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)測(cè)得的波向數(shù)據(jù)相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)為0.13。

在誤差極值與3倍均方差的關(guān)系上（見(jiàn)表2），波向的誤差極值大于3倍均方差。從誤差上看（見(jiàn)表3），波向誤差極值為96,平均誤差為39.12。

從以上分析可以看出，岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)波向觀測(cè)數(shù)據(jù)符合的不是很好，兩者誤差較大。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)潿洲島海洋站兩組波浪資料的比對(duì)分析，初步得出以下結(jié)論：

（1）岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)比對(duì)結(jié)果為：最大波高、十分之一波高、平均周期、波向的誤差極值分別為1.0，0.8，0.7，96。

相關(guān)系數(shù)分別為0.87，0.91，0.81，0.13，平均誤差分別為0.3,0.2，-0.1，39.1，其中，觀測(cè)點(diǎn)與面的差異以及對(duì)比數(shù)據(jù)時(shí)間序列較短是波向值差距較大、相關(guān)性較低的兩個(gè)主要原因；

（2）比對(duì)周期內(nèi)岸用光學(xué)測(cè)波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)所測(cè)得的最大波高、十分之一波高、平均周期相關(guān)性較好，基本能反映出該海域的波浪變化特征。

[1]國(guó)家海洋局.GB/T 14914-2006.海濱觀測(cè)規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006．

[2]國(guó)家海洋局.海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)方法[S].2001.

[3]耿立佳,趙秀玲,王棟等.X波段雷達(dá)測(cè)波系統(tǒng)比對(duì)方法的研究[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理,2015(05):69-72.

[4]陳磊,徐漢文,吳澤強(qiáng).WaMoS_測(cè)波雷達(dá)應(yīng)用及對(duì)比分析[J].海洋預(yù)報(bào),2014,31(01):86-90.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.122