黃 健
(中國人民解放軍92493 部隊98 分隊)
海洋波動是海水重要的運動形式之一。 海浪作為海洋中的重要運動現象, 對人類在海上活動及近岸活動有著巨大影響,有必要實時監(jiān)測海浪的變化并研究其運動規(guī)律。 因此,海浪監(jiān)測已經納入海洋業(yè)務化觀測。近幾十年來,隨著人類對海洋的開發(fā)活動不斷增加, 大大促進了海洋觀測方法的研究和儀器設備的研制。到目前為止,已經出現了各式各樣的測波儀器和方法,基于X 波段導航雷達使用遙感技術測量海況的海浪測量設備就是其中之一。目前國際上知名的X 波段海浪測量設備有德國的WaMosⅡ和挪威的WAVEX。
X 波段導航海雷達不僅可用于監(jiān)視海上移動目標, 而且也可以用來進行海浪和海流的測量,其原理是:當X 波段雷達波入射到海面時,那些與雷達波長相當的、由風引起的毛細波產生布拉格散射, 同時又被較長的重力波調制, 形成雷達回波。 回波信息強度也隨位置的變化形成強、弱相隔區(qū)域,看似波浪。 通過分析來自海洋表面、雷達接收的反向散射信息(海面回波)隨時空的演變,可以得到清晰的、實時的方向波浪譜和表面海流的信息。 分析該海浪譜,可以獲得實時的海浪參數。
圖1 浮標-WaMOSⅡ散點圖
以下,結合實測一組數據說明浪高標定方法。
首先使用EXCEL 做出測試海域浮標-WaMOSⅡ整點有效波高值的散點圖, 如圖1, 求出趨勢線公式y(tǒng)=1.2972x-0.287。依據雷達測波理論,有效波高與信噪比成線性關系,計算公式為
其中Hs 為有效波高,a 為截距,b 為斜率,SNR 為信噪比。
標校前WaMOSⅡ設備輸入的參數為a=0.7,b=0.018,將:
代入公式:
y=1.2972x-0.287
整理后得:
圖2 標校前浮標、WaMOSⅡ和被試設備有效波高變化曲線
圖3 標校后浮標、WaMOSⅡ和被試設備有效波高變化曲線
表1 WaMOSⅡ和被試設備標校前和標校后誤差對比表
求得a=0.62,b=0.023。 根據WaMOSⅡ的使用經驗,如果斜率太大會導致高端變化太快, 影響高端有效波高的修正,取b=0.022 更為合理, 于是得到調整優(yōu)化后的標校公式y(tǒng)=1.22x-0.12,從而得到a=0.73, b=0.022,將其做為最終的標校結果,并輸入到WaMOSⅡ設置參數里。
用此方法對浪高測量設備(以下稱:被試設備)進行標校,可得到被試設備截距aa=-0.79,斜率bb=1.046。
圖2、 圖3 分別繪出了浮標、WaMOSⅡ和被試設備標校前和標校后的有效波高變化曲線,從圖中可以看出三條曲線在標校后比標校前符合得更好。 表1 給出了標校前和標校后誤差的變化, 從表中可以看出WaMOSⅡ在標校后誤差明顯變小了。 說明標校結果是合理的。