[发明专利]基于拉格朗日拟序结构的多层次流场结构的提取方法

说明书

本发明针对海洋复杂流场结构提取存在的问题，结合现有的方法和研究结果，发明了一种新型基于拉格朗日拟序结构多层次流场结构提取方法，该算法不仅能够获得多层流场结构，而且填补了以前提取方法的空白，摆脱了人工参与。内容新颖，目标明确，对于研究海流结构和海洋物质运输具有重要意义，对发现和分析新的海洋现象奠定了基础。

技术领域

本发明基于海洋表面遥感数据结合流体力学相关研究进行数据分析，提取拉格朗日拟序结构，属于流体拓扑结构分析领域。

背景技术

海洋中存在着复杂的海流结构，利用拉格朗日拟序结构可以区分流场中有不同动力学特征的区域，而这些特征通常是通过速度场、轨迹无法显现的。拉格朗日拟序结构包括三种：椭圆形拉格朗日拟序结构、双曲型拉格朗日拟序结构、抛物线型拉格朗日拟序结构，其中最外层椭圆形拉格朗日拟序结构可以作为涡旋边界，双曲型拉格朗日拟序结构界定了海流的边界，抛物线型拉格朗日拟序结构相当于流轴，抛物线型拉格朗日拟序结构对于研究海流结构相较于双曲型拉格朗日拟序结构更加稳健和具有代表性。前人发明了多种多样的方法以提取这种相干结构，包括有限时间李雅普诺夫指数等方法，这些方法的应用价值普遍较低。特别是对于抛物线型拉格朗日拟序结构的提取尚未实现自动化，有待做出进一步研究。本发明针对抛物线拉格朗日拟序结构提取面对的困难，以及现有拉格朗日拟序结构提取算法的不足，开发出一种新型的拉格朗日拟序结构的自动提取算法，该方法能够应用在全球范围的任何复杂流场中，得到精确的结果。

发明内容

本发明目的是提出一个多层次拉格朗日拟序结构自动提取海流结构的算法，通过逐层约束的方法获得准确的结果，相比较于以前半自动提取算法，可以完全实现自动化且具有客观性。

本发明的技术方案包括如下步骤：

1、粗分辨率条件下抽取突出流体特征，获得低精度拉格朗日拟序结构。

已有的较高分辨率的速度场数据，在提取抛物线型拉格朗日拟序结构时会遇到分支，导致提取到的结构与实际结果不一致。本发明将已有的速度场数据进行数据处理，获得粗分辨率速度场，利用速度场计算得到张量场，利用特征值局部极大值点和特征向量积分的方法获取低精度双曲型拉格朗日拟序结构，利用奇点和特征向量积分的方法获取低精度抛物线型拉格朗日拟序结构，从而获得流场中特征最为明显的结构，去除分支干扰。

主要涉及以下问题：

a.如何利用已有数据构建粗分辨率张量场。

b.如何提取低精度抛物线型和双曲型拉格朗日拟序结构。

2、用低精度的拉格朗日拟序结构指导精细拉格朗日拟序结构提取。

同样在较高级的张量场上计算得到奇点、特征值和特征向量，将低精度抛物线型和双曲型拉格朗日拟序结构投影到高分辨率张量场，以低精度抛物线型和双曲型拉格朗日拟序结构为基准建立缓冲带，筛选出其附近的极值点和奇点，利用极值点或奇点在特征向量场中积分得到较高级的双曲型或抛物线型拉格朗日拟序结构，直到达到原来的分辨率。

主要涉及以下问题：

a.如何用低精度的抛物线型和双曲型拉格朗日拟序结构约束高精度张量场的数据。

b.如何提取高精度抛物线型和双曲型拉格朗日拟序结构。

附图说明

图1 提取算法流程图

图2 金字塔原理图

具体实施方式

1、在粗分辨率条件下抽取典型流体特征，获得低精度抛物线型和双曲型拉格朗日拟序结构。