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中尺度涡旋是海洋中典型的中尺度现象，是海洋中能量传递的运输者，中尺度涡识别与提取是物理海洋学研究的重要内容之一，而中尺度涡自动发现算法是最基础的用于寻找与分析中尺度涡的工具。中尺度涡旋探测工作的数据来源主要为卫星高度计数据融合出的SLA数据，该数据可以客观的描述海洋表层高度状态。中尺度涡表示为SLA闭合等值线所包围的局部等值区域，涡旋识别需要从SLA数据中提取出稳定的闭合等值线结构。针对基于SLA数据中的中尺度涡探测的特点，本文提出了一种新的基于聚类方法的中尺度涡自动识别算法，通过对SLA数据集的分割与筛选将中尺度涡区域与背景区域分离，后建立区域内联系并将其映射到SLA地图上来提取中尺度涡结构。本文算法解决了传统探测算法中参数设定的敏感性问题，不需要进行稳定性测试，算法适应性增强。算法中加入了涡旋筛选机制，保证了结果的涡旋结构的稳定性，提高了识别准确率。在此基础上，本文选取了西北太平洋及中国南海地区进行了中尺度涡探测实验，实验结果展示出了本文算法在较传统算法提高算法效率的同时，也保持着较高的算法稳定性，可以在稳定识别各个单涡结构的同时识别稳定的多涡结构。 相似文献
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针对海洋中尺度涡对水声传播的影响,利用中尺度涡区的历史水文实测数据提取涡旋强度,空间尺度等中尺度涡特征参数,建立了海洋中尺度涡理论计算模型。运用MMPE水下声场模型仿真试验研究了涡旋性质、强度和位置、声源频率和置放深度对声传播特性的影响。结果表明：暖涡使得会聚区的位置“后退”,会聚区宽度增加;冷涡使得会聚区的位置“前移”,会聚区宽度减小。涡旋的强度越大,“前移”或“回退”的效应越显著。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2017,(1)
基于高分辨率ROMS模式数据,对南海中尺度涡边缘的亚中尺度过程进行了研究。结果表明:在中尺度涡边缘处存在明显的温度细丝结构,涡度值要明显大于1,O~W参数趋于正值,即在涡旋边缘存在强速度剪切,加强了涡丝的形成。对亚中尺度过程动能空间分布分析发现,中尺度涡边缘区域动能所占的比例大约为88.4%,比中心区域动能所占的比例11.6%要大许多。从动能谱的分析来看,在中尺度涡边缘处动能谱的斜率趋近于k-2,与表层准地转理论(SQG)相吻合,而在中心处呈现k~(-3),与准地转理论(QG)相一致。 相似文献
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海洋中尺度涡作为物质循环、能量串级和信息传递的关键尺度和重要环节，具有丰富的热动力学内涵。文章基于中国近海及毗邻海域的涡动能分区，重点综述中尺度涡的运动属性、动力学本质和局地特征，从尺度局限与尺度关联的角度阐示中尺度涡旋的扰动生成、传播、能量级联和耗散，及其在海洋多尺度动力过程、热盐配置、生源要素调控和中尺度海气相互作用中的影响，并就相关科学问题和进展提出研究建议。研究结果表明：研究中尺度涡的演变规律对理解海洋物质能量传递的多维度层次、尺度规模和过程形式具有重要意义，需整体加深海洋中尺度涡自适应观测和可预报性研究，增强海洋中尺度涡的尺度演绎分析和特异性分析，建立从天气尺度到气候环境变化、生物生态影响以及致害致灾风险的能量信息通道，构建中观海洋生态系统动力学理论与模型，探索海洋中尺度涡精细化灾害风险预评估区划和安全保障新途径。 相似文献
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南海上层中尺度涡统一三维结构 总被引：1，自引：0，他引：1
本文基于归一化合成分析的方法,利用卫星高度计资料和CTD观测资料,在满足静力平衡和地转平衡条件的假设下研究了南海中尺度涡的三维结构,给出了南海中尺度涡归一化之后的三维结构,并与全球大洋中尺度涡统一的三维结构进行对比。结果显示,在1.5倍涡旋半径以外,南海中尺度涡水平结构的收敛速度大约为全球大洋中尺度涡水平结构收敛速度的2.5倍,前者比后者的影响范围要小约1.5倍涡旋半径。由于数据原因,我们仅合成了南海0至800m水深中尺度涡的垂直结构,从垂直结构的合成结果来看,由于受到背景层结和科氏参数的影响,南海与全球大洋各海区中尺度涡的垂直结构具有明显的不同,随着深度的增加,南海中尺度涡垂直结构的衰减速度明显更快。 相似文献
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涡旋核心线是海洋中尺度涡旋结构的重要组成要素,涡旋核心线提取和可视化对于切入中尺度涡三维结构研究、开展海洋物质能量垂直运输分析具有重要意义。本文基于客观参考框架和准则,提出了使用客观化的流场参数得到区域,并提取其山谷线作为涡旋核心线的方法,实现了对海洋三维结构中尺度涡旋核心线的提取和可视化。首先,引入了最优局部参考系,使速度、速度梯度等测度转换为在运动的参考系下保持不变的客观量,提升了在海洋科学实践中的可靠性和实用性。其次,针对含有垂向速度的海洋三维流场数据,计算其空间雅可比矩阵,展示了涡旋核心区域的三维结构,实现了海洋涡旋研究从二维到三维的提升。最后,分别在多个半径大小播撒流线种子点,分析不同旋转方向的涡旋,对已提取的涡旋核心线实验结果进行验证,证明了客观海洋三维涡旋核心线提取方法的有效性及可行性。 相似文献
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基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法 总被引：1，自引：1，他引：0
中尺度涡信息的提取包括涡旋的识别和轨迹追踪，其自动识别与追踪对于基于海量数据的中尺度涡分析十分重要。传统涡旋轨迹自动追踪方法一般需要预先设定搜索半径的阈值，存在一定的主观性。针对传统中尺度涡轨迹追踪方法存在的问题，论文从聚类的角度出发，提出基于密度峰值聚类算法实现对涡旋轨迹的自动追踪，并以南海中尺度涡追踪为例，将基于聚类的追踪算法与传统的相似度追踪算法进行比较分析。结果表明:（1）基于密度峰值聚类算法，可实现对海洋中尺度涡的自动追踪，该算法涡旋追踪准确率优于传统相似度算法；（2）该涡旋追踪算法对资料的完整性依赖度较低，特别是对于存在部分缺损数据的情况仍能较准确追踪；（3）该追踪算法克服了传统涡旋追踪算法需要预先设定搜索半径阈值的问题，自适应性更强。 相似文献
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为了从理论上解释中尺度涡旋冷暖性质与涡旋旋转方向的关系,本文基于中尺度涡的几何特征,做出如下假设：中尺度涡具有对称的几何形态,涡旋中海洋要素沿径向具有线性化变化的特征。从原始方程组出发,利用柱坐标系和上述假设条件,略去耗散力,推导出了中尺度涡的一些冷暖特征,论证气旋式中尺度涡对应冷涡和反气旋式中尺度涡对应暖涡的涡旋冷暖特征与部分涡旋的观测不符的现象。结果表明,中心对称的形式可以作为对中尺度涡的几何特征的一个理想的形态近似,在考虑上述假设条件的理想环境下,柱坐标系在研究中尺度涡的几何性质上具有一定的优势。 相似文献
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海洋中尺度涡在本质上是属于满足准地转平衡的大尺度运动,因此理论上,其在短时间内的运动将主要受到准地转平衡关系的约束,而外部强迫场的影响在短期内不会明显改变其运动特征。基于上述思想,我们提出了一种基于四维变分同化初始场的中尺度涡旋预报方案。为了检验该方案的可行性,本文使用区域海洋模式(regional ocean modeling system, ROMS)和其内建的增量强约束四维变分同化(incremental strong constraint four dimensional variational, I4D-Var)模块,建立了一个南海海洋同化模拟系统。首先,通过I4D-Var方法将AVISO卫星高度计资料同化到海洋数值模拟中,获得了理想的中尺度涡同化模拟结果。同化、模式模拟和观测三者的中尺度涡统计结果表明,该同化系统模拟的南海中尺度涡的路径、半径、海表高度异常和振幅等特征信息与AVISO(Archiving ValidationandInterpolationofSatelliteOceanographicData)观测结果高度吻合,同时在深度上的分析表明,涡旋对应的温度、盐度和密度均得到有效的调整。然后,将该同化系统的模拟结果做为初始场,对某一特定时段的南海中尺度涡进行了后报模拟和结果的定量化分析。通过比较后报模拟与观测资料中对应涡旋的海表面高度异常(sea surface height anomalies, SSHA)相关系数、涡心差距和半径绝对误差,证明该方案的中尺度涡后报时效至少可达10 d以上。后报实验结果验证了该中尺度涡预报方案的可行性,从而为中尺度涡的预报提供一定的理论基础和可行性方案。 相似文献
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为了最终实现对海洋中尺度涡流(简称中尺度涡)的自动采样,首先应该发展中尺度涡动态特征识别技术。本文基于SLA(Sea Level Anomaly)数据,实现了对中尺度涡动态特征的检测算法。主要内容是制定了一个判别相邻两组SLA数据中的涡流,是否为同一涡流子在不同时刻的状态的标准,即判别下一时刻SLA数据中是否存在涡流是由上一时刻确定的被检测涡流演化而来的。通过确定这种进化关系,可以得到被检测涡流的一系列动态状态信息,例如:面积变化速率、中心移动情况以及其他情况。本算法的计算量不大,从而可以应用到实时涡流跟踪的环境中。值得注意的是,本文中的算法不仅仅局限于应用SLA数据,SSH(Sea Surface Height)等大部分反映海洋高度的数据也可以使用。 相似文献
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本文使用基于热成风速度的涡旋识别拓展方法,通过海表面温度数据对黑潮延伸体区域50-100公里涡旋进行研究,发现50-100公里涡旋主要分布在黑潮延伸体流轴两侧,气旋涡和反气旋涡的寿命、半径分布具有一致性。气旋涡多出现在35°N以北,反气旋涡在35°N以南比较集中,与尺度较小的中尺度涡旋分布特征较为相似。冬夏两季涡旋地理分布存在一定差异,主要与不同季节该区域海表温度梯度及风应力旋度的变化有关。35°N以南50-100公里涡旋数量的季节性变化与风速大小的季节性变化存在明显的正相关性。35°N以南50-100公里涡旋三倍半径内风速异常和风应力旋度归一化表明,气旋涡对应风速负异常而反气旋涡对应风速正异常,反气旋涡的产生依赖于风应力负旋度,气旋涡的生成与风应力正旋度有关。 相似文献
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本文使用基于热成风速度的涡旋识别拓展方法,通过海表面温度数据对黑潮延伸体区域50~100 km涡旋进行研究,发现50~100 km涡旋主要分布在黑潮延伸体流轴两侧,气旋涡和反气旋涡的寿命、半径分布具有一致性。气旋涡多出现在35°N以北,反气旋涡在35°N以南比较集中,与尺度较小的中尺度涡旋分布特征较为相似。冬夏两季涡旋地理分布存在一定差异,主要与不同季节该区域海表温度梯度及风应力旋度的变化有关。35°N以南50~100 km涡旋数量的季节性变化与风速大小的季节性变化存在明显的正相关性。35°N以南50~100 km涡旋三倍半径内风速异常和风应力旋度归一化表明,气旋涡对应风速负异常而反气旋涡对应风速正异常,反气旋涡的产生依赖于风应力负旋度,气旋涡的生成与风应力正旋度有关。 相似文献
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基于南海东北部1998~2019年的多源卫星遥感数据和风场再分析数据, 较系统地分析了南海东北部涡旋内部叶绿素a浓度的分布特征, 通过量化统计和涡心坐标系参数合成等方法探究了中尺度涡对叶绿素a浓度变化的影响规律及潜在机制。结果表明: (1)南海东北部约有60%的中尺度涡旋内部存在叶绿素a浓度增加和减少的现象。(2)南海东北部中尺度涡内部叶绿素a扰动受到涡旋抽吸和涡致Ekman抽吸机制的共同调控, 其中约有38% (39%)的暖(冷)涡内涡旋抽吸的贡献更大, 21% (24%)的暖(冷)涡内涡致Ekman抽吸的贡献更大。(3)南海东北部中尺度涡生命周期内的海表叶绿素a浓度变化存在显著的阶段性差异, 在冷暖涡的生成期, 涡旋抽吸的作用更为显著, 而在冷暖涡的顶峰和消亡期, 涡致Ekman抽吸的作用更为明显。上述研究结果有助于理解南海东北部初级生产力对中尺度涡的响应过程与机理, 对认识海洋物理-生物耦合过程具有一定的参考价值和研究意义。 相似文献
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中尺度涡旋的运动整体可分为两部分：平移及转动。平移指涡旋在整个生命周期内的水平移动，而转动除了包括内转 （海表地转流引起的涡旋自身水体转动） 外，还包括形转 （涡旋实际边界最佳拟合椭圆的转动）。本文基于 1993—2018 年共计 26 年间的卫星高度计涡旋识别与追踪数据，首次对南海中尺度涡旋的完整运动形式，即形转、内转、平移展开了系统的研究。其中，对内转及平移的分析，可通过涡旋的识别追踪数据集直接进行；为研究涡旋形转，提出了一种基于涡旋识别追踪数据自动提取涡旋形转信息的算法，以此得到涡旋形转方向、每天形转的角度以及形转圈数等信息，获得涡旋形转数据集。通过对涡旋识别追踪数据以及形转数据集的统计分析发现：南海涡旋的平移方向多为西向，且其速率呈偏态分布，主要以南海南部偏高。同样，涡旋的内转速率也呈偏态分布，高速率内转的涡旋主要分布在吕宋海峡附近。涡旋的形转主要以南海南部速率偏高，且与涡旋的寿命及长轴有一定的关系，倾向于随着涡旋寿命的增长、涡旋长轴的增大而变慢。同时南海涡旋的这三种不同运动形式之间也存在一定的相关性。 相似文献
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《Ocean Modelling》2008,20(3):223-239
A turbulence closure for the effect of mesoscale eddies in non-eddy-resolving ocean models is proposed. The closure consists of a prognostic equation for the eddy kinetic energy (EKE) that is integrated as an additional model equation, and a diagnostic relation for an eddy length scale (L), which is given by the minimum of Rhines scale and Rossby radius. Combining EKE and L using a standard mixing length assumption gives a diffusivity (K), corresponding to the thickness diffusivity in the [Gent, P.R., McWilliams, J.C. 1990. Isopycnal mixing in ocean circulation models. J. Phys. Oceanogr. 20, 150–155] parameterisation. Assuming downgradient mixing of potential vorticity with identical diffusivity shows how K is related to horizontal and vertical mixing processes in the horizontal momentum equation, and also enables us to parameterise the source of EKE related to eddy momentum fluxes.The mesoscale eddy closure is evaluated using synthetic data from two different eddy-resolving models covering the North Atlantic Ocean and the Southern Ocean, respectively. The diagnosis shows that the mixing length assumption together with the definition of eddy length scales is valid within certain limitations. Furthermore, implementation of the closure in non-eddy-resolving models of the North Atlantic and the Southern Ocean shows consistently that the closure has skill at reproducing the results of the eddy-resolving model versions in terms of EKE and K. 相似文献
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综述东海和琉球群岛以东海域若干气旋型和反气旋型涡旋的研究.对东海陆架、200m以浅海域,主要讨论了东海西南部反气旋涡、济州岛西南气旋式涡和长江口东北气旋式冷涡.东海两侧和陆坡附近出现了各种不同尺度的涡旋,其动力原因之一是与东海黑潮弯曲现象有很大关系,其次也与地形、琉球群岛存在等有关.东海黑潮有两种类型弯曲:黑潮锋弯曲和黑潮路径弯曲.黑潮第一种弯曲出现了锋面涡旋,评述了锋面涡旋的存在时间尺度与空间尺度和结构等;也指出了黑潮第二种弯曲,即路径弯曲时在其两侧出现了中尺度气旋式和反气旋涡,讨论了它们的变化的特性.特别讨论了冲绳北段黑潮弯曲路径和中尺度涡的相互作用,着重指出,当气旋式涡在冲绳海槽北段成长,并充分地发展,其周期约在1~3个月时,它的空间尺度成长到约为200km(此尺度相当于冲绳海槽的纬向尺度)时,黑潮路径从北段转移到南段.也分析了东海黑潮流量和其附近中尺度涡的相互作用.最后指出在琉球群岛以东、以南海域,经常出现各种不同的中尺度反气旋式和气旋式涡,讨论了它们在时间与空间尺度上变化的特征. 相似文献