利用深海海底压力数据进行海啸波侦测的方法

摘要

本发明公开了一种利用深海海底压力数据进行海啸波侦测的方法，采用以下步骤：S1：采用压力传感器获取一段时间内的深海海底压力数据，从而获得相应时间段内的潮位值；S2：采用插值多项式拟合天文潮波形，以时间为插值点横坐标，外推下一时刻t′的潮位值H′(t′)；S3：实测t′时刻深海海底压力数据，从而获得t′时刻的实测潮位值，从t′时刻的实测潮位值中分离由步骤S2计算得到的t′时刻潮位值H′(t′)，得到差值，依据连续的多个差值数据判断是否有海啸波传播。本发明利用实测的、离岸较远的深海海底压力数据对海啸波进行分析和判别，能够及早准确地发现海啸波，从而提高海啸预报准确率，获得更多的应急响应时间。

说明书

技术领域

本发明属于海洋监测技术和海洋防灾减灾技术领域，涉及海啸的监测预警预报，特 别是利用在深海海底实时监测的压力数据进行海啸波检测识别的方法。

背景技术

我国以往的海啸预警系统是以陆上地震台网监测的海底地震数据为主要依据，应用 海啸预警模式进行计算来产生预警信息的，并由沿岸验潮站数据提供验证。然而，海啸 预警模式的开发是以历史海啸观测数据为基础，我国相对缺乏；模式参数需要实测数据 加以修正；模式本质上是对海啸过程的模拟计算，也离不开实测验证；沿岸验潮站受位 置所限，无法测量开阔海洋上的海啸波数据，仍只能应用于海啸发生后近岸数据的验证。 以往的海啸预警存在的误报和漏报较多，代价非常高昂。

对于我国来说，地震海啸源主要位于马尼拉群岛、琉球群岛、日本列岛等位置，距 离大陆很远。海啸波从其发源地传播到海岸边往往需要一段时间，如果在海啸波传播过 程中，在离岸较远的深水海洋中，就能识别出海啸波并发出海啸预警，可为灾害响应提 供足够时间，及时疏散民众、降低生命财产损失。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种利用深海海底压力数据进行海 啸波侦测的方法，采用该方法可以依据实时监测到的远岸深海海底压力数据及早准确地 发现海啸波，从而获得更多的应急响应时间。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种利用深海海底 压力数据进行海啸波侦测的方法，采用以下步骤：

S1：采用压力传感器获取一段时间内的深海海底压力数据，从而获得相应时间段内 的潮位值；

S2：采用插值多项式拟合天文潮波形，以时间为插值点横坐标，外推下一时刻t′的 潮位值H′(t′)：

$H^{\prime }\left(t^{\prime }\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}{a}_i{H}_i^{*}\left(t-p/2-i\Delta t\right)$

其中：a_i为插值系数，当插值点的间隔时间Δt和要推算的下一个潮位值时间t′确定 时，插值系数a_i可由拉格朗日插值基函数计算得出；

为插值点的函数值，通过读取步骤S1中对应插值时间点的一段时间内的潮位值 并采用算术平均法计算获得；

t是当前时间，也是步骤S1的结束时间；

p是算术平均法取值的时长；

Δt是两个相邻插值点的间隔时间；

S3：实测t′时刻深海海底压力数据，从而获得t′时刻的实测潮位值，从t′时刻的实测 潮位值中分离由步骤S2计算得到的t′时刻潮位值H′(t′)，得到差值数据；

S4：依据连续的多个差值数据判断是否有海啸波传播。

本发明具有的优点和积极效果是：依据实测的海底压力数据，采用插值多项式拟合 天文潮波形，以时间为插值点横坐标，外推下一时刻的潮位值，并将其视作天文潮波潮 位，从实测的下一时刻的海底压力数据中分离出去，得到差值数据，依据连续的多个差 值数据判别是否有海啸波在传播。本发明利用实测的、离岸较远的深海海底压力数据对 海啸波进行分析和判别，能够及早准确地发现海啸波，从而提高海啸预报准确率，获得 更多的应急响应时间。

附图说明

图1为本发明采用三次多项式拟合潮波时插值点的示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下：

一种利用深海海底压力数据进行海啸波侦测的方法，采用以下步骤：

S1：采用压力传感器获取一段时间内的深海海底压力数据，从而获得相应时间段内 的潮位值。

实测的海底压力信号反映的是海平面高度变化，而这一变化的最主要表现形式是波。 根据波在海洋中垂直方向的传播规律，在深海海底压力实测信号中，压力值波动的主要 分量为海啸波和潮波，除此外，还存在一些由高频波和海洋动物活动等引起的环境杂波。

S2：采用插值多项式拟合天文潮波形，以时间为插值点横坐标，外推下一时刻t′的 潮位值H′(t′)：

$H^{\prime }\left(t^{\prime }\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}{a}_i{H}_i^{*}\left(t-p/2-i\Delta t\right)$

其中：a_i为插值系数，当插值点的间隔时间Δt和要推算的下一个潮位值时间t′确定 时，插值系数a_i可由拉格朗日插值基函数计算得出；

为插值点的函数值，通过读取步骤S1中对应插值时间点的一段时间内的潮位值 并采用算术平均法计算获得；采用算术平均法对一段时间内连续采集的多个压力数据取 平均值，得到H^*，同时可以滤除海底压力波动中高于海啸波频率的高频杂波。

t是当前时间，也是步骤S1的结束时间；

p是算术平均法取值的时长；

Δt是两个相邻插值点的间隔时间；

下一个潮位值对应的时间t′由压力数据的采样频率确定。

天文潮的波形为正弦波，可用多项式来拟合，多项式的阶数n是综合考虑曲线拟合 精度和硬件计算性能来确定。以三阶插值多项式拟合天文潮为例，请参见图1，在步骤 S1中，设定监测的结束时间为当前时刻t＝0，将当前时刻t前、Δt时间前、2Δt时间 前、3Δt时间前的前p分钟内的压力数据进行平均，得到四个潮位值则插值点已知函数值对应的插值时间点为(-p/2)、(-p/2-Δt)、 (-p/2-2Δt)、(-p/2-3Δt)，下一时刻潮位值H′(t′)外推计算公式即可写为：

$H^{\prime }\left(t^{\prime }\right)=a_0{H}_0^{*}(-\frac{p}{2})+a_1{H}_1^{*}(-\frac{p}{2}-\Delta t)+a_2{H}_2^{*}(-\frac{p}{2}-2\Delta t)+a_3{H}_3^{*}(-\frac{p}{2}-3\Delta t)$

S3：实测t′时刻深海海底压力数据，从而获得t′时刻的实测潮位值，从t′时刻的实测 潮位值中分离由步骤S2计算得到的t′时刻潮位值H′(t′)，得到差值数据；

将步骤S2推算出的下一时刻潮位值H′(t′)，视作天文潮波潮位；从实测压力数据中 分离天文潮波潮位数据，得到的剩余信号为海平面波动的幅度，其大小和变化特征可用 于判断是否有海啸波。

S4：依据连续的多个差值数据判断是否有海啸波传播。

实测t′时刻的深海海底压力数据和由步骤S2计算得到的t′时刻潮位值H′(t′)按照压 力传感器的采样间隔不断更新，依据连续的多个差值数据就能够准确判断是否有海啸波。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普 通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下， 还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。