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。