工程海域海平面上升的快速推算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋環(huán)境預(yù)報(bào)技術(shù)，具體涉及一種工程海域海平面上升的推算方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 在沿海工程建設(shè)和設(shè)計(jì)中，需要考慮海平面上升的作用。在氣候變暖的大背景下， 未來(lái)海平面將持續(xù)上升，導(dǎo)致工程海域海洋動(dòng)力環(huán)境變化，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)降低，給海洋工程 設(shè)施造成諸多不利影響。我國(guó)現(xiàn)行的一些規(guī)范中要求在確定工程設(shè)計(jì)潮水位時(shí)要疊加工程 使用期內(nèi)的海平面上升值。以核電工程為例，設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位中要加上 80年平均海平面的上升幅度值。
[0003]隨著氣候變化和海平面上升機(jī)制研宄的推進(jìn)，對(duì)未來(lái)海平面變化的預(yù)測(cè)方法研宄 也在不斷深入。但是，傳統(tǒng)的方法存在以下缺陷：一是用歷史資料統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)平均海平面變化 的方法多只是經(jīng)驗(yàn)外推，其結(jié)果只具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的意義，不包含未來(lái)氣候變化導(dǎo)致海水熱 膨脹和兩極冰川融化等因素的影響，得到的海平面變化為線性上升，且量值偏低；二是數(shù)值 模擬的方法主要考慮海水熱膨脹的作用，用給定表面變暖假設(shè)方案的物理模型來(lái)預(yù)測(cè)海平 面變化，計(jì)算的海平面上升率一般都低于實(shí)際觀測(cè)，預(yù)測(cè)未來(lái)海平面變化的能力非常有限， 模擬結(jié)果可靠性差，而且數(shù)值模型計(jì)算量巨大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，需要高性能計(jì)算設(shè)備，實(shí)際運(yùn) 用難度大。諸多因素，現(xiàn)有方法還不能滿足沿海工程設(shè)計(jì)對(duì)海平面上升預(yù)測(cè)的需求，影響了 推算海平面上升量值的效率和質(zhì)量，存在一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)沿海工程設(shè)計(jì)對(duì)海平面上升量值推算的需求和傳統(tǒng)方法存在的問(wèn)題，本發(fā)明 提出了 一種工程海域海平面上升的快速推算方法，其目的在于，通過(guò)分析評(píng)估工程海域海 平面變化規(guī)律，結(jié)合氣候變暖關(guān)鍵指標(biāo)要素的趨勢(shì)變化情況，構(gòu)建工程海域海平面上升速 率與氣候變暖的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而利用這一關(guān)系預(yù)測(cè)未來(lái)海平面上升的速率，最終推算出海 平面上升幅度的量值及誤差范圍。
[0005] 本發(fā)明涉及的工程海域海平面上升的快速推算方法包括以下步驟：
[0006]si、構(gòu)建海平面變化數(shù)據(jù)序列
[0007]整理工程海域海面高度數(shù)據(jù)，構(gòu)建海平面變化數(shù)據(jù)序列。收集整理工程海域的驗(yàn) 潮站潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星高度計(jì)海面高度數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制、比對(duì)分析、數(shù)據(jù)差補(bǔ) 處理，整合出工程海域長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的海平面數(shù)據(jù)序列。
[0008]s2、海平面數(shù)據(jù)平滑
[0009] 對(duì)工程海域的海平面變化數(shù)據(jù)序列進(jìn)行平滑處理。先利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法平滑海平 面數(shù)據(jù)，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)以驗(yàn)證平滑結(jié)果可信度。
[0010]S3、計(jì)算海平面上升速率
[0011] 利用平滑后的數(shù)據(jù)序列分段計(jì)算海平面上升速率。首先根據(jù)海平面數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng) 度確定速率計(jì)算的時(shí)間間距，然后按照等距處理的原則計(jì)算各間距時(shí)間段內(nèi)的平均海平面 上升速率，形成一組工程海域平均海平面上升速率的時(shí)間數(shù)據(jù)序列。
[0012] s4、海平面與氣溫?cái)?shù)據(jù)相關(guān)分析
[0013] 對(duì)平均海平面上升速率數(shù)據(jù)序列和與其相對(duì)應(yīng)的氣溫?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行相關(guān)分析。首 先參考海平面上升速率數(shù)據(jù)序列整理出與之相對(duì)應(yīng)的氣溫序列，然后通過(guò)線性擬合分析平 均海平面上升速率和氣溫的相關(guān)性，計(jì)算出線性擬合參數(shù)。
[0014] s5、構(gòu)建未來(lái)海平面上升速率推算模型
[0015] 利用相關(guān)分析的結(jié)果構(gòu)建未來(lái)海平面上升速率推算模型。利用相關(guān)分析得到的線 性擬合參數(shù)，構(gòu)建海平面上升速率與氣溫的線性回歸模型，未來(lái)海平面上升速率的推算模 型為：V= !^+Vci。其中，V為未來(lái)預(yù)測(cè)的海平面上升速率、T為未來(lái)氣溫變化、K為隨氣溫變 化的海平面變率、Vtl為平衡速率。
[0016] s6、預(yù)測(cè)未來(lái)海平面上升速率
[0017] 根據(jù)工程海域海平面預(yù)測(cè)的時(shí)間需求，計(jì)算未來(lái)海平面上升速率。先將未來(lái)各間 距時(shí)間段上的氣溫變化數(shù)據(jù)代入上升速率推算模型中，計(jì)算得到未來(lái)各間距時(shí)間段上的海 平面上升速率值，然后利用誤差分析方法計(jì)算海平面上升速率預(yù)測(cè)誤差。
[0018] s7、計(jì)算海平面上升幅度值
[0019] 根據(jù)海平面上升速率的預(yù)測(cè)結(jié)果推算海平面上升幅度的量值及其誤差范圍。首 先，根據(jù)各間距時(shí)間段上的海平面上升速率計(jì)算各間距時(shí)間段上的海平面上升幅度，然后 累加所有時(shí)間間隔上的上升幅度，即能得到總的海平面上升幅度值；最后利用上升速率和 上升速率預(yù)測(cè)誤差計(jì)算海平面上升幅度預(yù)測(cè)的誤差范圍。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 1、能夠客觀反映未來(lái)氣候變化背景下的海平面上升趨勢(shì)，預(yù)測(cè)中以氣溫變化作為 氣候變暖關(guān)鍵指標(biāo)要素，在分析評(píng)估工程海域海平面變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，構(gòu)建海平面變化 和表面氣溫變化的相關(guān)關(guān)系，使得預(yù)測(cè)的技術(shù)方法更加科學(xué)合理，可為工程建設(shè)和設(shè)計(jì)提 供科學(xué)依據(jù)。
[0022] 2、基于統(tǒng)計(jì)分析的預(yù)報(bào)方法計(jì)算量相對(duì)較小，直接利用海平面和氣溫歷史數(shù)據(jù)及 氣溫預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可簡(jiǎn)單快速的推算出未來(lái)海平面上升變化狀況，無(wú)需大型計(jì)算設(shè)備，可操作 性強(qiáng)。
[0023] 3、充分考慮了氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)存在的不確定性，在預(yù)測(cè)未來(lái)海平面上升幅度量值的 同時(shí)，給出了預(yù)測(cè)的誤差范圍，可為工程建設(shè)和設(shè)計(jì)提供合理的參考區(qū)間。
[0024] 綜上該方法推算過(guò)程簡(jiǎn)便易行、可操作性強(qiáng)、預(yù)測(cè)結(jié)果更趨于合理，具有較高的推 廣應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為工程海域海平面上升的快速推算方法的總體流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027] 本發(fā)明涉及的工程海域海平面上升的快速推算方法，包括以下步驟：
[0028]si、構(gòu)建海平面變化數(shù)據(jù)序列
[0029] 整理工程海域海面高度數(shù)據(jù)，構(gòu)建海平面變化數(shù)據(jù)序列。先收集整理工程海域的 驗(yàn)潮站潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星高度計(jì)海面高度數(shù)據(jù)，然后通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制、比對(duì)分 析、數(shù)據(jù)差補(bǔ)處理，整合出一套工程海域長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的海平面數(shù)據(jù)序列。
[0030] s2、海平面數(shù)據(jù)平滑
[0031] 對(duì)工程海域的海平面變化數(shù)據(jù)序列進(jìn)行平滑處理。先利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)海平面 數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，統(tǒng)計(jì)方法選用奇異譜分析、多項(xiàng)式擬合、經(jīng)驗(yàn)正交分解、小波分析方法。 平滑后的數(shù)據(jù)必須通過(guò)信度檢驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)以驗(yàn)證平滑結(jié)果可信度，如檢驗(yàn)不 合格需改變統(tǒng)計(jì)方法的參數(shù)設(shè)置或更換方法重新進(jìn)行平滑處理。
[0032] S3、計(jì)算海平面上升速率
[0033] 利用平滑后的數(shù)據(jù)序列分段計(jì)算海平面上升的速率。首先根據(jù)海平面數(shù)據(jù)序列的 長(zhǎng)度確定速率計(jì)算的時(shí)間間距（At)，一般以3至5年為宜。然后按照等距處理的原則計(jì)算 各間距時(shí)間段內(nèi)的平均海平面上升速率，形成一組工程海域平均海平面上升速率的時(shí)間數(shù) 據(jù)序列。
[0034] 平均海平面上升速率的計(jì)算公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于，技術(shù)步驟包括；構(gòu)建海 平面變化數(shù)據(jù)序列（si)，整理工程海域海面高度數(shù)據(jù)，構(gòu)建海平面變化數(shù)據(jù)序列；海平 面數(shù)據(jù)平滑（s2)，對(duì)工程海域的海平面變化數(shù)據(jù)序列進(jìn)行平滑處理；計(jì)算海平面上升速 率（S3)，利用平滑后的數(shù)據(jù)序列分段計(jì)算海平面上升速率；海平面與氣溫?cái)?shù)據(jù)相關(guān)分析 (s4)，對(duì)海平面上升速率數(shù)據(jù)序列和與其相對(duì)應(yīng)的氣溫?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行相關(guān)分析；構(gòu)建未來(lái) 海平面上升速率推算模型（巧），利用相關(guān)分析的結(jié)果構(gòu)建未來(lái)海平面上升速率推算模型； 預(yù)測(cè)未來(lái)海平面上升速率（s6)，根據(jù)工程海域海平面預(yù)測(cè)的時(shí)間需求，計(jì)算未來(lái)海平面上 升速率；計(jì)算海平面上升幅度值（s7)，根據(jù)海平面上升速率的預(yù)測(cè)結(jié)果推算海平面上升幅 度的量值及其誤差范圍。
2. 如權(quán)利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于：所述的構(gòu) 建海平面變化數(shù)據(jù)序列（si)，綜合整理工程海域的多種海面高度數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì) 量控制、比對(duì)分析、數(shù)據(jù)差補(bǔ)等處理，整合出一套工程海域長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的海平面數(shù)據(jù)序列。
3. 如權(quán)利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于：所述的海 平面數(shù)據(jù)平滑（s2)，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)海平面數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，統(tǒng)計(jì)方法選用奇異譜 分析、多項(xiàng)式擬合、經(jīng)驗(yàn)正交分解、小波分析方法，平滑后的數(shù)據(jù)必須通過(guò)信度檢驗(yàn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算技術(shù)方法，其特征在于：所述 的計(jì)算海平面上升速率（S3)，根據(jù)海平面數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng)度確定速率計(jì)算的時(shí)間間距，一般 W3至5年為宜，分段計(jì)算海平面上升速率。
5. 如權(quán)利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于：所述的海 平面與氣溫?cái)?shù)據(jù)相關(guān)分析（s4)，通過(guò)線性擬合分析海平面上升速率和氣溫的相關(guān)性，計(jì)算 出線性擬合的兩個(gè)參數(shù)一一隨氣溫變化的海平面變率（K)和平衡速率（V。)，擬合方法采用 最小二乘法。其中，氣溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)公開(kāi)發(fā)布的歷史氣溫變化數(shù)據(jù)產(chǎn)品直接獲取。
6. 如權(quán)利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于：所述的構(gòu) 建未來(lái)海平面上升速率推算模型（巧），利用線性回歸方法構(gòu)建海平面上升速率與氣溫的推 算模型；V=KT+VO,其中，V為未來(lái)預(yù)測(cè)的海平面上升速率、T為未來(lái)氣溫變化、K為隨氣溫 變化的海平面變率、Vci為平衡速率。
7. 如權(quán)利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于：所述的預(yù) 測(cè)未來(lái)海平面上升速率（s6)，將未來(lái)溫度數(shù)據(jù)序列代入海平面上升速率推算模型中，計(jì)算 得到未來(lái)的海平面上升速率數(shù)據(jù)序列（V(i)，i= 1，2, ...，N/At)，同時(shí)計(jì)算出預(yù)測(cè)誤差， 形成海平面上升速率預(yù)測(cè)誤差數(shù)據(jù)序列（Ve""(i)，i= 1，2，...，N/At)，At為時(shí)間間距， N為預(yù)測(cè)未來(lái)海平面上升的時(shí)間跨度。
8. 如權(quán)利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于：所述的計(jì) 算海平面上升幅度值（s7)，根據(jù)預(yù)測(cè)的海平面上升速率數(shù)據(jù)序列計(jì)算出未來(lái)總的海平面上 升幅度值（H)，計(jì)算公式為
其中，V(i)為海平面上升速率數(shù)據(jù)序 列，At為時(shí)間間距，N為預(yù)測(cè)未來(lái)海平面上升的時(shí)間跨度；利用上升速率和上升速率預(yù)測(cè) 誤差數(shù)據(jù)序列計(jì)算海平面上升幅度預(yù)測(cè)的最高值（HmJ和最低值（HmJ，計(jì)算公式分別為
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種工程海域海平面上升的快速推算方法，技術(shù)步驟包括：整理工程海域多種海面高度數(shù)據(jù)，構(gòu)建海平面變化數(shù)據(jù)序列；對(duì)工程海域的海平面變化數(shù)據(jù)序列進(jìn)行平滑處理；利用平滑后的數(shù)據(jù)序列分段計(jì)算海平面上升的速率；對(duì)平均海平面上升速率數(shù)據(jù)序列和與其相對(duì)應(yīng)的氣溫?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行相關(guān)分析；利用相關(guān)分析的結(jié)果構(gòu)建未來(lái)海平面上升速率推算模型；根據(jù)工程海域海平面預(yù)測(cè)的時(shí)間需求，計(jì)算未來(lái)海平面上升速率；推算海平面上升幅度的量值及其誤差范圍。該方法推算出海平面上升幅度預(yù)測(cè)值和預(yù)測(cè)誤差，計(jì)算量相對(duì)較小，能夠客觀反映未來(lái)氣候變化背景下的海平面上升趨勢(shì)及氣候預(yù)測(cè)的不確定性，使其達(dá)到準(zhǔn)確和快速預(yù)測(cè)未來(lái)海平面上升的要求。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104794304
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510226108
【發(fā)明人】李響, 張?jiān)鼋? 高志剛, 張建立, 劉克修
【申請(qǐng)人】國(guó)家海洋信息中心
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年5月6日