岸用光學測波儀與波浪浮標比對分析

林道寬,崔力維

（國家海洋局北海海洋環境監測中心站,廣西 北海 536000）

岸用光學測波儀與波浪浮標比對分析

林道寬,崔力維

（國家海洋局北海海洋環境監測中心站,廣西 北海 536000）

利用潿洲海洋環境監測站岸用光學測波儀測量的波浪數據與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標波浪的數據進行同步對比分析。結果表明FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標獲取的最大波高、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測波儀測量獲取的波浪數據有較好的一致性，但波向值差距較大。其中，2015年6月24—7月3日岸用光學測波儀和浮標數據對比結果為：最大波高、十分之一大波波高、平均周期、波向的相關系數分別為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。

岸用光學測波儀；波高；周期；浮標

0 引言

對岸用光學測波儀與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標進行比對觀測，旨在驗證波浪浮標的準確性，檢驗其各項技術指標能否滿足《海濱觀測規范》（GB/T14914-2006）所要求的業務化海洋觀測工作[1]，確保FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標的觀測結果能準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業務化運行提供參考依據。

1 數據來源及處理方法

1.1 比測設備

波浪要素比測采用SBA1-2岸用光學測波儀做為比測設備。比測時段內，對FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標及岸用光學測波儀進行連續、同步或準同步的波浪要素觀測。獲得的觀測數據按適當的方法進行數據處理及評價。FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標及岸用光學測波儀的主要觀測要素的分辨率及精度見表1。

表1 比測儀器有關技術指標

1.2 比測數據來源

本次比對數據來源于潿洲島海洋站，比測地點在潿洲島灣仔角（見圖1），采用岸用光學測波儀的人工觀測數據與FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標的觀測數據進行比測，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，觀測數據記錄時次為每日8時、11時、14時、17時共有10天40組的有效觀測數據。

1.3 數據處理方法[2]

比對數據參照《海洋環境監測站自動監測儀器現場比對方法》中給出的方法進行處理。具體的方法如下：

（2）誤差計算。

①計算比對數據的誤差。

其中X1i和X2i分別為岸用光學測波儀和波浪浮標同步或準同步觀測所獲得的某個觀測要素的第i個數據。

②計算誤差的平均值。

其中n為觀測數據個數。

③計算誤差的極值(△X)max。

④計算誤差的均方差。

2 比測結果及分析[3-4]

《海洋環境監測站自動監測儀器現場比對方法》中提出了比對結果判別的3個標準，按順序分別為：（1）過程曲線趨勢的一致性。 （2）相關系數大于等于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準對結果進行分析。相關數據的統計結果見表2和表3。

表2 觀測要素相關參數統計結果

表3 觀測要素誤差統計結果

2.1 最大波波高數據比測

最大波高觀測數據的過程曲線見圖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，數值偏差不大。

從表2可以看出，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標測得的最大波高數據相關性比較高，相關系數為0.87。

在誤差極值與3倍均方差的關系上（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，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標最大波高觀測數據符合的比較好，兩者的數據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據比測

岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標十分之一大波高數據的過程曲線見圖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，數值上偏差不大。

從表2可以看出，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標得的十分之一大波高數據相關性較好，相關系數為0.91。

在誤差極值與3倍均方差的關系上（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，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標十分之一大波高觀測數據符合的比較好，兩者的數據變化趨勢具有較明顯的一致性。

2.3 平均周期數據比測

岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標平均周期數據的過程曲線見圖4。從圖4可以看出，兩條過程曲線的變化趨勢較為一致，整體上數值偏差不大。

從表2可以看出，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標平均周期數據相關性較好，相關系數為0.81。

在誤差極值與3倍均方差的關系上（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，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標平均周期觀測數據符合的比較好，兩者存在的誤差較小。

2.4 波向數據比測

岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標波向數據的過程曲線見圖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，但數值上偏差較大?？傮w上看，FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標測得的波向數據比岸用光學測波儀人工觀測到的波向數值要偏大。

從表2可以看出，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標測得的波向數據相關性較差，相關系數為0.13。

在誤差極值與3倍均方差的關系上（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，岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標波向觀測數據符合的不是很好，兩者誤差較大。

3 結論

通過對潿洲島海洋站兩組波浪資料的比對分析，初步得出以下結論：

（1）岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標比對結果為：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。

相關系數分別為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據時間序列較短是波向值差距較大、相關性較低的兩個主要原因；

（2）比對周期內岸用光學測波儀和FZS6-1型3米海洋水文氣象浮標所測得的最大波高、十分之一波高、平均周期相關性較好，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.海濱觀測規范[S].北京:中國標準出版社,2006．

[2]國家海洋局.海洋環境監測站自動監測儀器現場比對方法[S].2001.

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

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

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