海洋環(huán)境具有高度的動態(tài)性和復(fù)雜性，利用海流計進(jìn)行為期數(shù)月甚至數(shù)年的長期錨系觀測，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，長期布放在海底的海流計，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，特別是針對異常值的剔除與插值修復(fù)算法，是保證深海觀測數(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，常用的統(tǒng)計學(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，識別超出上下邊界的離群點。對于時間序列數(shù)據(jù)，希爾伯特-黃變換等時頻分析方法也能有效分離出由瞬時干擾引起的高頻異常信號。
在完成異常值剔除后，數(shù)據(jù)序列中會出現(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)，線性插值是較簡單直接的方法，它假設(shè)流速在短時間內(nèi)呈線性變化。然而，海洋流場具有明顯的周期性和連續(xù)性，對于較長的缺失段，線性插值往往難以反映真實的物理過程。此時，基于時間序列分析的插值方法更具優(yōu)勢。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)計學(xué)方法，它考慮了數(shù)據(jù)在空間和時間上的相關(guān)性，能夠提供較優(yōu)的無偏估計，尤其適用于具有強(qiáng)時空相關(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，應(yīng)參考鄰近站點的同步觀測數(shù)據(jù)或高分辨率海洋數(shù)值模式的輸出結(jié)果，進(jìn)行交叉驗證。例如，如果某海流計的深度數(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)雜的原始觀測中提取出真實可靠的海洋動力信息，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實的數(shù)據(jù)支撐。
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海流計長期連續(xù)觀測的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：剔除異常值與插值修復(fù)算法
更新時間：2026-07-27
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