[发明专利]一种基于海面高度异常和旋转速度的中尺度涡识别方法

权利要求书

1.一种基于海面高度异常和旋转速度的中尺度涡识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、判断可能的气旋涡、针对空间分辨率为0.25°海面高度异常数据，首先在一个1°×1°经纬度移动窗口内通过寻找海面高度异常局地最小或者最大值，从而来判断可能的气旋涡或反气旋涡的中心；

S2、确定海面高度异常闭合等值线、通过对每一个可能的气旋涡或反气旋涡中心，从其内部以1cm的增幅或减幅向外寻找海面高度异常闭合等值线，确定出满足以五点条件的海面高度异常闭合等值线：

(1)针对气旋涡或者反气旋涡，闭合等值线内所有网格点的海面高度异常值都要比闭合等值线的海面高度异常值要小或者大；

(2)闭合等值线内网格点不少于8个，且不超过1000个；

(3)针对气旋涡或者反气旋涡，闭合等值线内仅有1个海面高度异常局地最小或者最大值；

(4)闭合等值线的海面高度异常值与其内部海面高度异常局地最小或者最大值相差不小于3cm；

(5)闭合等值线内任意网格点距离要小于600km；

S3、中尺度涡的识别、针对每一个可能的气旋涡或者反气旋涡的中心，如果确定不出满足步骤2的海面高度异常闭合等值线，则说明基于该海面高度异常局地极值并不能识别出中尺度涡，则舍弃该极值点；

如果能确定出满足S2中的一条或者多条海面高度异常闭合等值线，说明闭合等值线内区域可能对应一个中尺度涡；

此时，针对S2中确定出的海面高度异常闭合等值线，选择旋转速度U不小于涡旋移动速度c的最外闭合等值线作为中尺度涡边界；

闭合等值线的旋转速度U是指等值线上每个点地转速度异常闭合等值线的旋转速度U是指等值线上每个点的转速度异常的平均值，单位cm/s，u′和v′分量分别表示地转流异常的水平和垂直分量：

其中，g是重力加速度，f是科氏参数，和分别是水平和垂直方向的距离的平均值，单位cm/s，u′和v′分量分别表示地转流异常的水平和垂直分量；

S4、中尺度涡边界的确定、如果S2确定出的海面高度异常闭合等值线均不符合S3中的中尺度涡边界条件，那么说明海面高度异常闭合等值线内区域不能确定为一个中尺度涡；反之，如果某一海面高度异常闭合等值线符合条件确定为中尺度涡边界，那么说明该闭合等值线内的封闭区域确定为中尺度涡，S1确定的海面高度异常局地极值为涡旋中心，该闭合等值线即为涡旋边界；

S5、涡旋类型确定、如果确定出的涡旋边界的海面高度异常值大于涡旋中心海面高度异常值，那么该涡旋为反气旋涡；如果涡旋边界海面高度异常值小于涡旋中心海面高度异常值，那么该涡旋为气旋涡。

2.根据权利要求1所述的一种基于海面高度异常和旋转速度的中尺度涡识别方法，其特征在于：所述中尺度涡各属性定义为：

涡旋的面积A表示的是包含在涡旋边界内区域的面积，半径R为具有相同面积的圆的半径：

并且将S2中确定出的所有海面高度异常闭合等值线中那条具有最大旋转速度的等值线内的区域定义为涡旋核心区域，涡旋核心区域的面积定义为A_core，最大旋转速度半径记为R_maxU；

中尺度涡振幅强度定义为涡旋中心SLA_center和涡最外边界SLA_edge差值的绝对值：

AM＝|SLA_center-SLA_edge| (式4)

中尺度涡能量采用涡动能的大小及空间分布来表示：

涡旋能量密度是单位面积的涡动能:用来表示涡旋单位面积的能量强度；

中尺度涡的涡度ξ，即数学中的旋度，计算如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于海面高度异常和旋转速度的中尺度涡识别方法，其特征在于：所述S3中，涡旋捕获的水体外边界由涡旋旋转速度U与移动速度c的比值决定，当这个比值大于1时，涡旋是非线性的，其内部水体随着涡旋同时移动，非线性是中尺度涡的重要特征。