[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

说明书

本发明涉及旋涡识别技术领域，本发明提供了一种基于海面高度异常和旋转速度的中尺度涡识别方法，包括1)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，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；2)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，通过本发明的识别步骤，能有效识别处海洋中的中尺度涡，并通过计算准确的确定出中尺度涡的外边界范围以及涡旋类型，为人类发现和开发利用中尺度涡提供了精确的指导基础。

技术领域

本发明涉及旋涡识别技术领域，具体而言，涉及一种基于海面高度异常和旋转速度的中尺度涡识别方法。

背景技术

1、海洋与中尺度涡

海洋和大气一样是一个基本的湍流系统。我们对海表面变化观察可以发现，最明显的是在海洋各处充满了各种中尺度的涡旋(eddies)和蜿蜒的曲流(menders)。这种环流实际是由中尺度海洋现象变化所主导的，主要包括海洋涡旋、孤立的偶极子、曲流以及锋面、射流等。中尺度涡是以长期封闭环流(涡旋)为特征的大尺度稳定环流的一种扰动，时间尺度从数天到数百天，空间尺度从几十公里到几百公里。大尺度环流的斜压不稳定、环流与地形的相互作用以及风的直接强迫是海洋中尺度涡产生的主要强迫机制。

大量中尺度涡的发现使人们认识到，大洋环流的结构要比传统认识的更为复杂。研究发现充斥于海洋中的这许许多多的涡旋，与大洋环流之间有着强烈的相互作用，其旋转速度一般都较快，并且一面旋转，一面在海洋中移动。海洋中尺度涡往往携带很大的动能，其能量要比平均流高出一个量级甚至更多。而且涡旋内部的温度和盐度异常随着涡旋的移动而移动，因此涡旋的运动可以造成纬向热量和盐度的净输运；这种涡旋输送的热通量对海洋的热平衡起着至关重要的作用。中尺度涡还能把下层的营养盐带到上层海洋中从而影响生态群落、浮游生物数量及生产率，并且影响化学元素的循环和流通。

在北半球，逆时针旋转的气旋涡在科式力的作用下，海表面处的水体向外辐散，海表面高度为负异常，并在涡旋中心形成垂直而上的水体运动，使得其内部水体降温；对于顺时针旋转的反气旋涡，则相反，海表面高度为正异常，内部水体增温。所以，在北半球，气旋涡也称之为冷涡，反气旋涡也称之为暖涡。涡旋的大部分能量来自平均流的斜压不稳定，但是在涡动能较低的海域，风应力的变化作为直接强迫机制作用于海洋涡旋。涡旋可以反馈能量和动能给背景场流并且对海洋的深部环流产生影响。

2、基于高度计数据的中尺度涡探测

自1992年Topex/Poseidon卫星发射以来，卫星高度计已经提供了时间序列超过25年、全球覆盖、高精度的海面高度场和海洋环流数据。在现代海洋研究中，高度计常与其他卫星任务、现场测量或者数值模式进行联合，其已为海洋现象观测做出了重大贡献。根据海面高度场的变化特征，涡旋中心海面高度表现为正异常则为反气旋涡，负异常则为气旋涡；或者基于海洋环流特征，涡旋顺时针旋转的环流为反气旋涡，逆时针旋转的环流为气旋涡。多源海面高度融合产品可以有效提高对海洋中尺度现象的观测，基于多源高度计数据融合的海面高度产品研究显示中尺度涡在全球海洋中盛行。