岸用光學(xué)測波儀與波浪浮標(biāo)比對分析

林道寬,崔力維

（國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站,廣西 北海 536000）

岸用光學(xué)測波儀與波浪浮標(biāo)比對分析

林道寬,崔力維

（國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站,廣西 北海 536000）

利用潿洲海洋環(huán)境監(jiān)測站岸用光學(xué)測波儀測量的波浪數(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)進行同步對比分析。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與岸用光學(xué)測波儀測量獲取的波浪數(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)測波儀和浮標(biāo)數(shù)據(jù)對比結(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)測波儀；波高；周期；浮標(biāo)

0 引言

對岸用光學(xué)測波儀與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)進行比對觀測，旨在驗證波浪浮標(biāo)的準(zhǔn)確性，檢驗其各項技術(shù)指標(biāo)能否滿足《海濱觀測規(guī)范》（GB/T14914-2006）所要求的業(yè)務(wù)化海洋觀測工作[1]，確保FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)的觀測結(jié)果能準(zhǔn)確反映所測海域觀測要素的真實變化情況，為FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)業(yè)務(wù)化運行提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及處理方法

1.1 比測設(shè)備

波浪要素比測采用SBA1-2岸用光學(xué)測波儀做為比測設(shè)備。比測時段內(nèi)，對FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)及岸用光學(xué)測波儀進行連續(xù)、同步或準(zhǔn)同步的波浪要素觀測。獲得的觀測數(shù)據(jù)按適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行數(shù)據(jù)處理及評價。FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)及岸用光學(xué)測波儀的主要觀測要素的分辨率及精度見表1。

表1 比測儀器有關(guān)技術(shù)指標(biāo)

1.2 比測數(shù)據(jù)來源

本次比對數(shù)據(jù)來源于潿洲島海洋站，比測地點在潿洲島灣仔角（見圖1），采用岸用光學(xué)測波儀的人工觀測數(shù)據(jù)與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)進行比測，比測要素為：最大波高、十分之一波高、平均周期和波向。在比測時間段為：2015年6月24日至7月3日，觀測數(shù)據(jù)記錄時次為每日8時、11時、14時、17時共有10天40組的有效觀測數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法[2]

比對數(shù)據(jù)參照《海洋環(huán)境監(jiān)測站自動監(jiān)測儀器現(xiàn)場比對方法》中給出的方法進行處理。具體的方法如下：

（2）誤差計算。

①計算比對數(shù)據(jù)的誤差。

其中X1i和X2i分別為岸用光學(xué)測波儀和波浪浮標(biāo)同步或準(zhǔn)同步觀測所獲得的某個觀測要素的第i個數(shù)據(jù)。

②計算誤差的平均值。

其中n為觀測數(shù)據(jù)個數(shù)。

③計算誤差的極值(△X)max。

④計算誤差的均方差。

2 比測結(jié)果及分析[3-4]

《海洋環(huán)境監(jiān)測站自動監(jiān)測儀器現(xiàn)場比對方法》中提出了比對結(jié)果判別的3個標(biāo)準(zhǔn)，按順序分別為：（1）過程曲線趨勢的一致性。 （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標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)果進行分析。相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果見表2和表3。

表2 觀測要素相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

表3 觀測要素誤差統(tǒng)計結(jié)果

2.1 最大波波高數(shù)據(jù)比測

最大波高觀測數(shù)據(jù)的過程曲線見圖2。從圖2可以看出，兩條過程曲線的變化趨勢具有明顯的一致性，數(shù)值偏差不大。

從表2可以看出，岸用光學(xué)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)測得的最大波高數(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)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)最大波高觀測數(shù)據(jù)符合的比較好，兩者的數(shù)據(jù)變化趨勢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

岸用光學(xué)測波儀和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)的過程曲線見圖3。從圖3可以看出，兩條過程曲線的變化趨勢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數(shù)據(jù)符合的比較好，兩者的數(shù)據(jù)變化趨勢具有較明顯的一致性。

2.3 平均周期數(shù)據(jù)比測

岸用光學(xué)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)平均周期數(shù)據(jù)的過程曲線見圖4。從圖4可以看出，兩條過程曲線的變化趨勢較為一致，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（見表2），平均周期的誤差極值小于3倍均方差。從誤差上看（見表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)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)平均周期觀測數(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

岸用光學(xué)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)波向數(shù)據(jù)的過程曲線見圖5。從圖5可以看出，兩條過程曲線的變化具有一定的趨勢性，但數(shù)值上偏差較大。總體上看，F(xiàn)ZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)測得的波向數(shù)據(jù)比岸用光學(xué)測波儀人工觀測到的波向數(shù)值要偏大。

從表2可以看出，岸用光學(xué)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)測得的波向數(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（見表2），波向的誤差極值大于3倍均方差。從誤差上看（見表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)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)波向觀測數(shù)據(jù)符合的不是很好，兩者誤差較大。

3 結(jié)論

通過對潿洲島海洋站兩組波浪資料的比對分析，初步得出以下結(jié)論：

（1）岸用光學(xué)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)比對結(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，觀測點與面的差異以及對比數(shù)據(jù)時間序列較短是波向值差距較大、相關(guān)性較低的兩個主要原因；

（2）比對周期內(nèi)岸用光學(xué)測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標(biāo)所測得的最大波高、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]國家海洋局.GB/T 14914-2006.海濱觀測規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006．

[2]國家海洋局.海洋環(huán)境監(jiān)測站自動監(jiān)測儀器現(xiàn)場比對方法[S].2001.

[3]耿立佳,趙秀玲,王棟等.X波段雷達測波系統(tǒng)比對方法的研究[J].海洋開發(fā)與管理,2015(05):69-72.

[4]陳磊,徐漢文,吳澤強.WaMoS_測波雷達應(yīng)用及對比分析[J].海洋預(yù)報,2014,31(01):86-90.

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