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本文聚焦阿夸阿尔塔海洋塔（AAOT）45 年定向波记录数据。自 1979 年起，不同仪器采集数据，经修正和扩展形成优质数据集。这些数据对研究亚得里亚海北部海浪气候、气候变化影响意义重大，为相关研究提供了关键支撑。
背景与概述
研究区域为意大利东部狭长的亚得里亚海北部海域。1966 年 11 月 4 日灾难性事件后，相关科研机构成立，阿夸阿尔塔海洋塔（AAOT）也随即设立，其位于距海岸线 15 千米处，坐标为 45° 18′ 51.288″ N，12° 30′ 29.694″ E 。
该区域海浪受西洛可风（Sirocco）和布拉风（Bora）主导。西洛可风从东南方向吹来，与典型的大规模西风气流相关，可能引发地中海气旋生成；布拉风则与来自西方的高压系统带来的寒冷东风气流有关。此外，还存在一种混合情况，即意大利西部有低压中心时出现的 “暗布拉风”（Bora Scura），常伴随降雨 。
1979 年开始长期定期测量海浪数据，此前虽有特定风暴期间的详细测量，但长期数据积累始于这一年。随着时间推移，测量仪器不断更新，数据记录也在持续改进。早期对海洋气象的认知有限，如曾认为亚得里亚海海浪不会高于 3 米，如今这些数据的积累和研究有助于深入了解海洋环境变化。此次研究旨在描述数据修正情况，并将时间序列延长至 2024 年 5 月，共 45 年，且更新后的数据集将数据间隔从 3 小时缩短至 15 分钟 。
方法
- 1979 - 1987 年：1979 年初，AAOT 安装了首个定向波记录系统，由两个 Bell & Howell 制造的紧凑型钻孔压力传感器组成，安装在平均 4.0 米深度，位于塔的南北对向支腿上。该仪器成本低、耐用、准确且功耗低，由船上电池每 3 小时供电一次，以 2Hz 频率记录 10 分钟数据 。因海浪随深度衰减，更高频率无意义。根据线性理论及当地 16 米水深，只能获取 2.5 秒及更长周期海浪信息。
记录前先评估初始 1 分钟数据，若海况合适则记录 10 分钟并存储在计算机兼容的肯尼迪磁带录音机上。数据处理时，先将记录转换为水位高度，减去平均深度（10 分钟内最大潮汐变化约 3 厘米），若表面位移小于 20 厘米则排除该记录，否则用快速傅里叶变换（FFT）技术分析，得出频谱、互谱，进而计算出显著波高（Hm0）、波平均和峰值周期、平均方向等参数 。虽两个测量点在方向测量上存在镜面模糊性，但当地盆地几何形状确保相关海浪均来自东象限，不影响测量 。
2. 1987 - 2004 年：此前仅用两个压力传感器无法获取每个频谱频率范围的方向扩展信息，虽当地情况使该问题不那么关键，但特定条件下仍可能出现波的叠加 。因此，在塔的东支腿相同深度部署了第三个传感器 。
同时采用绝对压力传感器，减少了对故障和通风管堵塞的敏感性。利用船上快速响应潮汐计数据评估深度潮汐变化影响 。记录系统分辨率为 1/256，引入的白噪声在高频段被放大，据此确定了截止点，之后用 f-5频率尾拟合频谱以估算能量 。方向分析方法在已有文献中有详细记录 。
3. 2004 - 2014 年：压力传感器在亚得里亚海北部这种高动态、强污垢环境中维护问题突出 。2004 年起，官方记录系统改为安装在塔东角、距结构 1.5 米、AAOT 第二层甲板的回声测深仪 。由于测量点在海面上方，需考虑频谱尾部，故采用 4Hz 采样频率 。
测量时用屏蔽（免受太阳辐射）温度传感器测量气温，以修正声速。记录时长不断变化，2013 年 9 月 4 日前记录 3 分钟，之后 16 天记录 5 分钟，再之后延长至 15 分钟，且所有数据以 15 分钟间隔提供 。原始数据在过零分析后删除，得到 H1/3、Hmax、Tm和 Tmax等测量值，测量工作持续进行 。与 2018 年公布的时间序列相比，基于 AAOT 新增海况测量数据对该时段数据进行了大量修正，具体方法在技术验证部分说明 。
4. 2014 - 2017 年：2014 年，塔上安装了新型波高仪 —— 向下看的雷达，其 2Hz 信号持续探测海面距离 。每 5 分钟分析最近 15 分钟的连续数据（1800 个数据点），结果存储在船上并传输到陆地，原始数据使用后删除 。本研究将 15 分钟间隔的长期船上时间序列数据视为上一阶段的延续，用零交叉技术分析每组 1800 个数据点，得到 H1/3和平均波周期（Tm）值 。
5. 2017 年至今：2017 年 6 月至 10 月，塔进行了重大翻新 。由于长期暴露在自然环境中，使用约半个世纪后结构明显退化 。实际保留了水下 4 米露出的基础结构，预制并替换了上部工作和生活区域 。这导致了一段时间的数据缺失，2017 年 10 月重新安装了相同的波浪测量仪器 。
改进之处在于实施了定期存储和检索雷达波浪测量系统 2Hz 数据的系统，可从相同原始数据直接评估 H1/3和频谱衍生的 Hm0，以及常规频率（周期）的均值和峰值参数 。2017 年还部署了第二个类似配置的独立雷达系统，仅记录 H1/3和相应频率参数 。三个仪器同时可用，便于进行严格的相互比较、验证和校准，促使对部分先前测量数据进行重新处理 。
数据记录
数据集可在 PANGAEA.974074 获取 。该数据集包含 1979 年起的传统积分参数时间序列，如显著波高（Hm0，非 H1/3）、平均频率和周期 fm和 Tm、峰值频率和周期 fp和 Tp，以及整体平均波向 。2004 年起，当地海浪建模系统 Henetus 提供平均波向信息 。Henetus 自 1991 年在亚得里亚海运行，由 CNR - ISMAR 开发和维护，不断升级，特别是对 ECMWF 风场输入进行校正，其有效性已在文献中得到广泛验证 。
更新后的数据集从 2004 年起（有测量数据时）以 15 分钟间隔提供，扩展了此前 3 小时间隔的数据信息 。提供的方向数据以及 Hm0和 Tm参数，从长期观测数据独特视角，为研究地中海地区气候变化影响提供了重要见解 。
研究提供了三个不同的时间序列 。第一个序列报告 Hm0值，2004 年前为测量值，之后根据 H1/3数据推导；第二个序列呈现 H1/3时间序列，2004 年前由 Hm0推导，之后用现有系统测量 。这两个序列仅反映测量数据，早期部分强烈风暴数据缺失，虽不影响总体分布，但对极端统计至关重要 。例如 1979 年 12 月 22 日风暴无记录，通过模型后推得到相关数据，其严重程度与 2018 年 10 月 29 日风暴相似，AAOT 测量到的 Hm0高达 6 米 。此外，Hm0时间序列整合了可用的模型数据，如 1966 年 11 月 4 日风暴的波浪模型数据，该风暴影响重大，促使相关研究机构和测量塔的设立 。
技术验证
考虑到已发表的时间序列，实施了两项基本校正 。
雷达数据与声学数据完全重叠，可直接比较和校准各自数据及时间序列 。比较发现，2004 - 2017 年获取并报告为显著波高的回声测深仪数据实际代表 H1/3 。Hm0（测量或建模波谱积分）与 H1/3的差异通常在 6% - 8% 之间，具体取决于当地环境 。多数情况下，Hm0大于 H1/3 。
为简化，将 2004 年起的回声测深仪数据称为系统 1（S1），第一个雷达波高仪数据称为系统 2（S2），更新的第二个雷达波高仪数据称为系统 3（S3） 。研究表明雷达数据质量优于回声测深仪数据 。通过比较 S1 和 S2 测量值的散点图，并与当地波浪分析和预报系统对比，对相关综合参数进行分析后得出，2004 - 2014 年数据需根据平方回归曲线校准，用于推导每个 S1 的校正值 。
此外，研究用 S2 的 2Hz 数据研究 Hm0与 H1/3的比例关系，考虑到过程的随机性带来的有限散射，得到比例为 1.082，实际应用中取 1.08 。
S2 第三阶段分析采用下过零法，虽不确定回声测深仪数据分析采用上还是下过零法，但差异随机且极小，已包含在校准中 。
为保证时间序列完整性，2004 年起的方向信息（平均通量方向）由 Henetus 波浪模型数据提供 。此前研究利用 H - T 分布统计解决了 1987 - 2004 年压力传感器深度相关问题，通过检查五个时期的 H - T 分布一致性，验证了数据质量的均匀性，五个分布在预期自然变化范围内相互一致 。
