海洋内波预报辅助系统
1 系统介绍
基于卫星SAR大数据建立了内波预报辅助系统及内波振幅反演系统,旨在利用遥感手段对内波进行研究。系统以南海北部海域为研究区域,获知该海域的海洋内波振幅分布及建立其传播模型,为水下作业提供决策辅助。
2 研究背景
海洋内波(Oceanic Internal Wave)是海洋内部一种重要的海水运动,海洋内波是发生在稳定密度层化海洋内部、频率介于浮性频率和惯性频率之间的一种波动现象。
吕宋海峡海底地形复杂,为高频非线性内波的频发区,是内波研究的天然实验室。
吕宋海峡地理示意图
南海内波频次示意图
海洋内波直接影响水下航行器的操作性、安全性和运动轨迹,并影响水中目标探测、和水下通讯,对海洋工程有极大的影响。
3 系统组成
系统由岸基和载体两部分组成,主要模型计算部分在岸基。
岸基部分实现内波信息的具体计算,包括振幅,到达时间,碰撞经纬度等数据,可以在载体出航前进行数据拷贝。
载体部分实现的是基于内波信息动态显示,以及当前水下航行器的运动状态,来对航行器与内波相遇的时间和位置进行预报辅助。
系统核心模块
内波生成统计模块
利用SAR对地观测卫星获取的数据、潮汐资料以及内波生成模型建立的内波数据,可构建内波生成统计模块。
内波传播模块
先利用地形数据和温盐剖面等数据,结合内波相速度计算公式,得到内波相速度参数;进而利用SAR图像获取的内波时空信息,获取内波在三维时空的信息。
内波振幅计算模块
基于内模块模型,结合内波振幅反演算法,实时显示水下航行器当前位置与内波的距离。
4 功能模块——模式选择
规划巡航
可根据路径规划设计的路线进行预报,可在出航前对预期航线的内波情况提前进行预报分析。
模拟巡航
模拟巡航目前仅用于演示,在获取航行器实时位置的读取权限后,可实时预报航行器附近海域的内波情况,如有潜在碰撞风险,可在用户界面弹出警示信息,保证航行安全。
路径规划
点击路径规划功能后,可在地图视图中勾画出巡航线路;也可通过右侧窗口手动输入巡航开始时间、航速以及路径点进行路径规划。
5 功能模块——系统按钮
实时位置显示按钮:是否显示航行器当前所在位置。
内波显示按钮:是否显示南海海域现有内波情况。
开启预报按钮:是否开启预报,并在有碰撞风险时,对相遇位置、相遇时间与距离、所相遇内波的信息等进行显示。
6 功能模块--辅助功能
7 系统创新
本系统主要利用卫星遥感观测,并结合理论分析、数值计算等研究手段,从而形成快捷、高精度、大数据、范围广的内波预报辅助系统。
8 应用方向及意义
水下航行器
提升水下航行器的作业能力,为各种水下航行器提供规避危险的基础平台,具有重要的海洋科学装备意义。
声场
内波会影响声信号的能量,因而了解内波对水声信道的影响至关重要,对声学系统具有重要意义。
海上钻井平台
内波对海洋石油钻井平台和海底石油管道也会造成严重威胁。当内波在较浅的密度跃层传播时,使可表层流场发生较大的迅速改变,施加额外的冲击作用力,因而该系统的研发,对确保石油钻井平台等海洋工程设备的安全有重要意义。