[发明专利]基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态识别和追踪方法

权利要求书

1.基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态识别方法，其特征在于：包括如下步骤，

(1)对高分辨率海洋模式数据中的海表面温度数据进行预处理，得到海表面温度异常场；对高分辨率海洋模式数据中的海流数据进行预处理后再在垂直方向上以H米为单位采用三次样条插值方法，得到N层的海流异常场；

(2)利用表层海流异常场数据，依据涡旋速度矢量场特性，寻找涡旋中心点，利用中心点相对涡度值判断涡旋类型，并采用八点判别确定涡旋边界，求得涡旋在该层上的平均半径；

(3)筛选出表层涡旋中心处海表面温度异常＜-0.2℃的气旋式涡旋和＞0.2℃的反气旋式涡旋，且剔除表层涡旋平均半径小于50km的小尺度涡；

(4)将筛选出的表层涡旋以H米高的垂向分辨间隔向下持续寻找涡旋结构，直到获得同一涡旋完整的三维结构；

(5)比较同一涡旋三维结构中表层、中层、底层的平均半径大小，根据同一涡旋最大平均半径所在层级判定涡旋体态，最大平均半径在表层则为“钵形”、最大平均半径在中层则为“透镜形”、最大平均半径在底层则为“锥形”。

2.根据权利要求1中所述的基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态识别方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对海流数据减去其气候平均值获得各深度海流异常数据，再对海流异常数据在垂向上进行三次样条插值，选取H为10，N为70；得到10m、20m、30m、40m……690m、700m各深度的海流场，对于插值后的海流数据，减去其气候平均值，得到海流异常场；对海表面温度数据减去其气候平均值后再减去其纬向平均值，得到海表面温度异常场。

3.根据权利要求1中所述的基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态识别方法，其特征在于：所述步骤(2)中，利用中心点相对涡度正负判断涡旋类型，其中负相对涡度对应反气旋，正相对涡度对应气旋；在识别全场涡旋中心后，如果两个涡旋中心点间距≤100km，则选取二者中流速较小的中心点为涡旋中心，并剔除距该点100km范围内其余的涡旋中心点，以涡旋中心K范围内的速度极大值为判据，进行北、西、东、南、东南、西南、西北、东北方向半径判别，然后对八个方向上所求得的半径进行平均，求出表层涡旋平均半径R₀。

4.根据权利要求1中所述的基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态识别方法，其特征在于：所述步骤(4)中，确认筛选出的表层涡旋中心P₀，在同一时刻，下一层的位置以表层涡旋中心P₀为圆心，在四分之一表层涡旋平均半径R₀范围内寻找相同极性的距离最近的涡旋，确认该层涡旋中心P₁并求出该层涡旋平均半径R₁；如果在该层上没有找到相应的涡旋，向下搜索停止；如果在该层上找到相应的涡旋，则继续在同一时刻，再下一层的位置以上一层涡旋中心P₁为圆心，在四分之一上一层涡旋平均半径R₁范围内寻找相同极性的距离最近的涡旋；重复上述步骤直到最后一层，获得一个以H米垂向分辨率的三维涡旋数据集。

5.根据权利要求1中所述的基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态识别方法，其特征在于：所述H为10至20米，所述N为50至100。

6.根据权利要求1中所述的基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态识别方法，其特征在于：所述K为300至400km。

7.根据权利要求1至6所述任一项基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态追踪方法，其特征在于：根据“钵形”涡旋、“透镜形”涡旋和“锥形”涡旋对应的不同深度海流场数据计算得到涡旋可能运动的最大距离，其中“钵形”涡旋最大位移用表层流速估算，“透镜形”涡旋最大位移用其最大平均半径对应深度上的流速估算，“锥形”涡旋最大位移用涡旋底端所在深度的流速估算；在下一时次时在该范围内以同一极性、同一类型、距离最近的标准追踪涡旋；最后利用三维涡旋面速度与体速度之差随时间的导数来判断涡旋所处的发展阶段。

8.如权利要求7所述基于高分辨率海洋模式数据的涡旋三维体态追踪方法，其特征在于：若追踪过程中涡旋体态发生转变，将在某时刻转变为另一体态的涡旋作为新的涡旋个例继续进行追踪。