海洋環(huán)境具有高度的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性，利用海流計(jì)進(jìn)行為期數(shù)月甚至數(shù)年的長(zhǎng)期錨系觀測(cè)，是獲取海洋環(huán)流、潮汐潮流及氣候變化關(guān)鍵信息的重要手段。然而，長(zhǎng)期布放在海底的海流計(jì)，極易受到海洋生物附著、儀器姿態(tài)改變、水下聲學(xué)干擾以及數(shù)據(jù)傳輸誤碼等因素的影響，導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)中出現(xiàn)大量異常值和缺失值。因此，建立一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)質(zhì)量控制流程，特別是針對(duì)異常值的剔除與插值修復(fù)算法，是保證深海觀測(cè)數(shù)據(jù)集可用性、支撐高水平海洋科學(xué)研究的基礎(chǔ)。
數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的第一步通常是物理范圍檢查與穩(wěn)態(tài)檢查。物理范圍檢查是基于海流的物理特性設(shè)定合理的閾值，例如，全球大洋表層海流速度極少超過3米/秒，若數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了遠(yuǎn)高于此的值，便可判定為野值并予以剔除。穩(wěn)態(tài)檢查則用于識(shí)別儀器故障導(dǎo)致的常數(shù)值或零值。隨后的核心環(huán)節(jié)是異常值檢測(cè)，常用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法有格拉布斯準(zhǔn)則和四分位距法。格拉布斯準(zhǔn)則適用于樣本量較小且服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算偏離均值的標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)來判別異常值；而四分位距法對(duì)非正態(tài)分布數(shù)據(jù)更為穩(wěn)健，它利用數(shù)據(jù)的四分位數(shù)間距，識(shí)別超出上下邊界的離群點(diǎn)。對(duì)于時(shí)間序列數(shù)據(jù)，希爾伯特-黃變換等時(shí)頻分析方法也能有效分離出由瞬時(shí)干擾引起的高頻異常信號(hào)。
在完成異常值剔除后，數(shù)據(jù)序列中會(huì)出現(xiàn)空白，這就需要插值修復(fù)算法來填補(bǔ)這些缺失。對(duì)于短期的缺失，如幾分鐘內(nèi)因生物附著短暫遮擋導(dǎo)致的無效數(shù)據(jù)，線性插值是較簡(jiǎn)單直接的方法，它假設(shè)流速在短時(shí)間內(nèi)呈線性變化。然而，海洋流場(chǎng)具有明顯的周期性和連續(xù)性，對(duì)于較長(zhǎng)的缺失段，線性插值往往難以反映真實(shí)的物理過程。此時(shí)，基于時(shí)間序列分析的插值方法更具優(yōu)勢(shì)。例如，利用潮汐調(diào)和分析方法，可以精確擬合出流速的潮汐周期分量，并用擬合值填補(bǔ)缺失；或者采用克里金插值法，這是一種基于變異函數(shù)理論的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，它考慮了數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間上的相關(guān)性，能夠提供較優(yōu)的無偏估計(jì)，尤其適用于具有強(qiáng)時(shí)空相關(guān)性的海流數(shù)據(jù)修復(fù)。
除了數(shù)學(xué)算法，專家經(jīng)驗(yàn)與輔助數(shù)據(jù)的融合也至關(guān)重要。在進(jìn)行插值修復(fù)時(shí)，應(yīng)參考鄰近站點(diǎn)的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)或高分辨率海洋數(shù)值模式的輸出結(jié)果，進(jìn)行交叉驗(yàn)證。例如，如果某海流計(jì)的深度數(shù)據(jù)丟失，可以參考同海域其他錨系的溫度-深度傳感器數(shù)據(jù)，或者利用Argo浮標(biāo)剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性判斷。較終，所有經(jīng)過質(zhì)量控制的原始數(shù)據(jù)、處理后的數(shù)據(jù)以及詳細(xì)的質(zhì)控日志都應(yīng)一并存檔，確保數(shù)據(jù)的可追溯性。通過這一系列嚴(yán)密的質(zhì)量控制措施，科研人員能夠從紛繁復(fù)雜的原始觀測(cè)中提取出真實(shí)可靠的海洋動(dòng)力信息，為海洋資源開發(fā)、防災(zāi)減災(zāi)及全球氣候變化研究提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。
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海流計(jì)長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：剔除異常值與插值修復(fù)算法
更新時(shí)間：2026-07-27
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