工程海域海平面上升的快速推算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋環(huán)境預報技術，具體涉及一種工程海域海平面上升的推算方法。【背景技術】
[0002] 在沿海工程建設和設計中，需要考慮海平面上升的作用。在氣候變暖的大背景下， 未來海平面將持續(xù)上升，導致工程海域海洋動力環(huán)境變化，工程設計標準降低，給海洋工程 設施造成諸多不利影響。我國現行的一些規(guī)范中要求在確定工程設計潮水位時要疊加工程 使用期內的海平面上升值。以核電工程為例，設計規(guī)范明確規(guī)定設計基準洪水位中要加上 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制研宄的推進，對未來海平面變化的預測方法研宄 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)計預測平均海平面變化 的方法多只是經驗外推，其結果只具有統(tǒng)計學上的意義，不包含未來氣候變化導致海水熱 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方案的物理模型來預測海平 面變化，計算的海平面上升率一般都低于實際觀測，預測未來海平面變化的能力非常有限， 模擬結果可靠性差，而且數值模型計算量巨大，運行時間長，需要高性能計算設備，實際運 用難度大。諸多因素，現有方法還不能滿足沿海工程設計對海平面上升預測的需求，影響了 推算海平面上升量值的效率和質量，存在一定的局限性。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對沿海工程設計對海平面上升量值推算的需求和傳統(tǒng)方法存在的問題，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，通過分析評估工程海域海 平面變化規(guī)律，結合氣候變暖關鍵指標要素的趨勢變化情況，構建工程海域海平面上升速 率與氣候變暖的相關關系，進而利用這一關系預測未來海平面上升的速率，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、構建海平面變化數據序列
[0007]整理工程海域海面高度數據，構建海平面變化數據序列。收集整理工程海域的驗 潮站潮位觀測數據和衛(wèi)星高度計海面高度數據，對數據進行質量控制、比對分析、數據差補 處理，整合出工程海域長時間連續(xù)的海平面數據序列。
[0008]s2、海平面數據平滑
[0009] 對工程海域的海平面變化數據序列進行平滑處理。先利用數學統(tǒng)計方法平滑海平 面數據，然后對結果進行假設檢驗以驗證平滑結果可信度。
[0010]S3、計算海平面上升速率
[0011] 利用平滑后的數據序列分段計算海平面上升速率。首先根據海平面數據序列的長 度確定速率計算的時間間距，然后按照等距處理的原則計算各間距時間段內的平均海平面 上升速率，形成一組工程海域平均海平面上升速率的時間數據序列。
[0012] s4、海平面與氣溫數據相關分析
[0013] 對平均海平面上升速率數據序列和與其相對應的氣溫數據序列進行相關分析。首 先參考海平面上升速率數據序列整理出與之相對應的氣溫序列，然后通過線性擬合分析平 均海平面上升速率和氣溫的相關性，計算出線性擬合參數。
[0014] s5、構建未來海平面上升速率推算模型
[0015] 利用相關分析的結果構建未來海平面上升速率推算模型。利用相關分析得到的線 性擬合參數，構建海平面上升速率與氣溫的線性回歸模型，未來海平面上升速率的推算模 型為：V= !^+Vci。其中，V為未來預測的海平面上升速率、T為未來氣溫變化、K為隨氣溫變 化的海平面變率、Vtl為平衡速率。
[0016] s6、預測未來海平面上升速率
[0017] 根據工程海域海平面預測的時間需求，計算未來海平面上升速率。先將未來各間 距時間段上的氣溫變化數據代入上升速率推算模型中，計算得到未來各間距時間段上的海 平面上升速率值，然后利用誤差分析方法計算海平面上升速率預測誤差。
[0018] s7、計算海平面上升幅度值
[0019] 根據海平面上升速率的預測結果推算海平面上升幅度的量值及其誤差范圍。首 先，根據各間距時間段上的海平面上升速率計算各間距時間段上的海平面上升幅度，然后 累加所有時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 上升速率預測誤差計算海平面上升幅度預測的誤差范圍。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 1、能夠客觀反映未來氣候變化背景下的海平面上升趨勢，預測中以氣溫變化作為 氣候變暖關鍵指標要素，在分析評估工程海域海平面變化規(guī)律的基礎上，構建海平面變化 和表面氣溫變化的相關關系，使得預測的技術方法更加科學合理，可為工程建設和設計提 供科學依據。
[0022] 2、基于統(tǒng)計分析的預報方法計算量相對較小，直接利用海平面和氣溫歷史數據及 氣溫預測數據可簡單快速的推算出未來海平面上升變化狀況，無需大型計算設備，可操作 性強。
[0023] 3、充分考慮了氣候趨勢預測存在的不確定性，在預測未來海平面上升幅度量值的 同時，給出了預測的誤差范圍，可為工程建設和設計提供合理的參考區(qū)間。
[0024] 綜上該方法推算過程簡便易行、可操作性強、預測結果更趨于合理，具有較高的推 廣應用價值。
【附圖說明】
[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。
【具體實施方式】
[0026] 參照圖1對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。
[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、構建海平面變化數據序列
[0029] 整理工程海域海面高度數據，構建海平面變化數據序列。先收集整理工程海域的 驗潮站潮位觀測數據和衛(wèi)星高度計海面高度數據，然后通過對數據進行質量控制、比對分 析、數據差補處理，整合出一套工程海域長時間連續(xù)的海平面數據序列。
[0030] s2、海平面數據平滑
[0031] 對工程海域的海平面變化數據序列進行平滑處理。先利用數學統(tǒng)計方法對海平面 數據進行平滑處理，統(tǒng)計方法選用奇異譜分析、多項式擬合、經驗正交分解、小波分析方法。 平滑后的數據必須通過信度檢驗，對結果進行假設檢驗以驗證平滑結果可信度，如檢驗不 合格需改變統(tǒng)計方法的參數設置或更換方法重新進行平滑處理。
[0032] S3、計算海平面上升速率
[0033] 利用平滑后的數據序列分段計算海平面上升的速率。首先根據海平面數據序列的 長度確定速率計算的時間間距（At)，一般以3至5年為宜。然后按照等距處理的原則計算 各間距時間段內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間數 據序列。
[0034] 平均海平面上升速率的計算公式如下：
【主權項】
1. 一種工程海域海平面上升的快速推算方法，其特征在于，技術步驟包括；構建海 平面變化數據序列（si)，整理工程海域海面高度數據，構建海平面變化數據序列；海平 面數據平滑（s2)，對工程海域的海平面變化數據序列進行平滑處理；計算海平面上升速 率（S3)，利用平滑后的數據序列分段計算海平面上升速率；海平面與氣溫數據相關分析 (s4)，對海平面上升速率數據序列和與其相對應的氣溫數據序列進行相關分析；構建未來 海平面上升速率推算模型（巧），利用相關分析的結果構建未來海平面上升速率推算模型； 預測未來海平面上升速率（s6)，根據工程海域海平面預測的時間需求，計算未來海平面上 升速率；計算海平面上升幅度值（s7)，根據海平面上升速率的預測結果推算海平面上升幅 度的量值及其誤差范圍。
2. 如權利要求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 建海平面變化數據序列（si)，綜合整理工程海域的多種海面高度數據，通過對數據進行質 量控制、比對分析、數據差補等處理，整合出一套工程海域長時間連續(xù)的海平面數據序列。
3. 如權利要求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 平面數據平滑（s2)，利用數學統(tǒng)計方法對海平面數據進行平滑處理，統(tǒng)計方法選用奇異譜 分析、多項式擬合、經驗正交分解、小波分析方法，平滑后的數據必須通過信度檢驗。
4. 如權利要求1所述的工程海域海平面上升的快速推算技術方法，其特征在于：所述 的計算海平面上升速率（S3)，根據海平面數據序列的長度確定速率計算的時間間距，一般 W3至5年為宜，分段計算海平面上升速率。
5. 如權利要求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 平面與氣溫數據相關分析（s4)，通過線性擬合分析海平面上升速率和氣溫的相關性，計算 出線性擬合的兩個參數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，氣溫數據通過公開發(fā)布的歷史氣溫變化數據產品直接獲取。
6. 如權利要求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 建未來海平面上升速率推算模型（巧），利用線性回歸方法構建海平面上升速率與氣溫的推 算模型；V=KT+VO,其中，V為未來預測的海平面上升速率、T為未來氣溫變化、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 測未來海平面上升速率（s6)，將未來溫度數據序列代入海平面上升速率推算模型中，計算 得到未來的海平面上升速率數據序列（V(i)，i= 1，2, ...，N/At)，同時計算出預測誤差， 形成海平面上升速率預測誤差數據序列（Ve""(i)，i= 1，2，...，N/At)，At為時間間距， N為預測未來海平面上升的時間跨度。
8. 如權利要求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 算海平面上升幅度值（s7)，根據預測的海平面上升速率數據序列計算出未來總的海平面上 升幅度值（H)，計算公式為
其中，V(i)為海平面上升速率數據序 列，At為時間間距，N為預測未來海平面上升的時間跨度；利用上升速率和上升速率預測 誤差數據序列計算海平面上升幅度預測的最高值（HmJ和最低值（HmJ，計算公式分別為
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工程海域海平面上升的快速推算方法，技術步驟包括：整理工程海域多種海面高度數據，構建海平面變化數據序列；對工程海域的海平面變化數據序列進行平滑處理；利用平滑后的數據序列分段計算海平面上升的速率；對平均海平面上升速率數據序列和與其相對應的氣溫數據序列進行相關分析；利用相關分析的結果構建未來海平面上升速率推算模型；根據工程海域海平面預測的時間需求，計算未來海平面上升速率；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測值和預測誤差，計算量相對較小，能夠客觀反映未來氣候變化背景下的海平面上升趨勢及氣候預測的不確定性，使其達到準確和快速預測未來海平面上升的要求。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104794304
【申請?zhí)枴緾N201510226108
【發(fā)明人】李響, 張增健, 高志剛, 張建立, 劉克修
【申請人】國家海洋信息中心
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月6日