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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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基于案例推理的海洋涡旋特征信息空间相似性研究 总被引：5，自引：0，他引：5
目前对海洋涡旋的分析主要采用水团、近海海流分析和数值模拟方法，这些方法结合不同的区域资料已经有过很多成功的研究。但面对日益增长的多源、大面积海洋遥感数据，在快速自动化提取海洋涡旋的空间信息方面还存在很多难题。因此该文针对海洋涡旋空间信息的快速定量分析问题，提出了基于案例推理(Case-Based Reasoning，CBR)的海洋涡旋空间相似性研究方法。该方法首先采用多源数据(遥感数据、遥感反演数据、观测数据等)进行历史涡旋案例定量分析，并构建基于CBR的海洋涡旋案例表达模型和历史案例库；继而采用“基于重心矢径的序列分析方法”进行历史涡旋空间相似性分析，并结合典型的海洋涡旋区域给出具体实例。研究结果表明该方法是可行的。 相似文献
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深水防波堤周围流场存在复杂的紊动变化,防波堤较容易发生失效破坏。本文利用PIV技术,基于模型实验,对规则波作用下防波堤周围的速度流场及其涡流特性进行了实验研究,获得了规则波流场的瞬时速度分布。通过对不同型式防波堤在不同的水力条件下的波浪流场实验数据的分析,定量地研究了防波堤堤身水域的涡旋流场的水力特性。 相似文献
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海洋涡旋作为一种快速连续变化的海洋现象,如何分析和挖掘其移动特征成为当前海洋涡旋定量研究的重点。本文引入空间数据挖掘的社区网络划分方法,将涡旋过程看作复杂的移动网络,对涡旋移动的聚集性特征进行探索和分析。首先,以网格为统计单元对1992-2011年近20年南海海洋涡旋移动数据进行组织,基于图论模型构建了涡旋瞬时移动（TP）,涡旋移动起止点（OD）,涡旋最小描述距离的特征点移动网（MDL）和涡旋过程移动再生数据（RSP）4种状态的海洋涡旋的移动网络图;其次,采用基于快速模块度优化的区域划分方法分别得到4种状态下涡旋移动的聚集性区域;最后,利用弦图对区域内和区域间涡旋移动规律进行了可视化分析,发现海洋涡旋的RSP数据能够弥补原始涡旋移动数据在区域划分方法中呈现的数量不足的问题,能够在足够数据量的情况下,有效地发现从起点到终点的主要移动通道和涡旋移动的聚集性区域,这些区域反映了南海涡旋从其产生、发展到结束整个演化过程的聚集性特征。 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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海底地貌复杂度表示了海底地貌不同类型的起伏与变化,是人类海洋认知、航海安全、海洋测绘等需要考虑的重要因素。面对网格化的数字深度模型,按照信息熵与坡度相结合的思路,提出了一个新的由信息熵度量的海底地貌复杂度的表示和计算模型。采用三阶有限差分法计算坡度参数,依据给出的坡度分类模型,得到不同坡度类别出现的概率,进而计算出海底地貌复杂度指数。使用渤海湾周围和美国西海岸数字高程模型数据样区作为实验对象,计算海底地貌复杂度指数,并将其与原始数据进行对比,结果表明本方法对地貌复杂的表示准确。 相似文献
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南海中尺度涡旋形成机制复杂,影响因素众多,数值模拟、定量统计等方法在分析涡旋时空关系上尚存在一定局限性。采用了粗糙集理论,在不添加任何先验信息的基础上,进行南海中尺度涡旋时空关系的表达,并以2003年11月至2009年6月遥感反演图像中提取的涡旋数据为例,分别以海区、产生时间、涡旋类型为决策属性,抽取南海中尺度涡旋的时空关系规则。通过对时空关系规则的分析,分别从时间、空间以及类型上描述了南海中尺度涡旋的具体特征。研究结果表明,南海暖涡多发生于南海东南部以及中部,多发生于冬季,强度涡度都较低,中心区域温度较高,多发生于水深较浅的区域,并且移动距离较小。冷涡则多发生于南海西南部以及南海东北部,多发生于春、秋两季,强度涡度都较高,中心温度偏低,多发生于水深较大区域,移动距离也较大。 相似文献
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海洋中的涡旋在传播过程中相互吸引并以偶极子的形式进行传播是一种常见的海洋现象,这些偶极子在输送海水、养分和其他物质方面发挥着重要作用。本文提出了一种基于海表面高度异常数据得到的涡旋轨迹数据的全球偶极子自动识别方法。通过使用K–D树切割空间的方法,对1993年1月至2016年9月间的涡旋轨迹数据进行计算,共发现了生命周期超过了60 d的86 662对向西运动的偶极子和30 590对向东运动的偶极子。结合提取结果,本文对偶极子在全球范围内的特性进行了统计分析,并结合海表面温度异常、盐度异常数据验证了自动识别算法的可靠性。最后,本文分析了具有伴随时间长、传播速度快、纠缠传播特点的偶极子传输模式和传播特性。 相似文献
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滩涂水边线Landsat-5影像提取方法 总被引：1，自引：0，他引：1
快速获取遥感影像水边线时空变化信息具有重要意义,滩涂水边线提取一直是遥感技术应用的难点问题。水边线在遥感影像上具有独特的空间关系与光谱特征。本文综合使用颜色模型变换法、信息熵计算法、最大类间方差法及边缘检测方法。以长江口崇明东滩为研究区,研究了Landsat-5卫星影像海陆对比度增强及不同尺度下的边缘提取,重点给出了基于热红外波段的水边线空间特征与光谱特征的计算方法,在面向对象技术框架下提出了一种顾及空间关系和光谱特征的遥感影像水边线快速提取方法。实验结果表明:(1)基于最大类间方差法的局部阈值分割法能够自动提取band 6的水边线,水边线连续、完整,空间信息丰富;(2)综合使用最佳指数法、离散度方法及颜色模型变换方法,能够有效增强海陆对比度,基于最大类间方差法的局部自适应Canny算子能够自动检测出增强后遥感影像高精度边缘;(3)利用水边线的空间关系和光谱特征,能够由计算机自动实现水边线的识别与连接工作;(4)本文提出的水边线提取方法速度快、自动化程度高,分别继承了阈值分割法的连续性强的优点和Canny算子定位精度高、细节呈现能力强的优势。研究结果对于海岸带动态变化、陆海相互作用机制、海岸带资源保护与开发及近海工程管理等研究具有重要的参考价值。 相似文献
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临界点是海洋流场拓扑结构中的重要构成要素,基于临界点的特征提取对于揭示海洋流场拓扑特征、开展海洋流场拓扑分析具有重要意义。本文基于临界点理论和Sperner引理,综合改进后的双线性插值算法和Sperner完全标号法,对海洋流场数据进行了临界点特征提取。首先,在双线性插值算法中添加滑动窗口处理,筛选临界点的候选网格单元,并采用聚合思想通过降低网格分辨率解决了网格插值中的二义性问题,同时考虑了0值网格存在的9种情形,通过迭代聚合思想滑动筛选候选网格单元,解决了插值网格均为0的情况。其次,提出了基于Sperner完全标号的最小值法临界点提取规则,将速度向量模最小的网格中心作为临界点,解决了实际流场物理场景中非0值的临界点提取。对两次提取结果进行合并、去重等处理,可以得到较为全面的临界点提取与分类结果。最后,通过对多个海域、不同深度流场数据的实验结果分析,证明了综合后的临界点提取方法的有效性及可行性。 相似文献
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利用计算流体力学软件Fluent开展了三维动波浪壁圆柱绕流的数值模拟,建立了三维运动波浪壁圆柱模型,通过C语言自编程序实现波浪壁面的运动控制,并保证壁面变形时网格的高质量。在来流速度u=0.125 m/s、雷诺数Re=12 500的情况下,开展了动波浪壁波动速度w=0、0.062 5、0.125、0.187 5 m/s四个工况的计算分析,并比较了不同波动速度对流场结构、升力、阻力特性的影响。结果表明:动波浪壁圆柱能有效抑制流动的分离,消除交替脱落的尾涡,从而消除周期振荡的升力;在消除卡门涡街的同时,圆柱后驻点处的涡量值随波动速度增加而增加,其原因在于波形移动加大了壁面流体的速度,从而减小了圆柱前后的压力差,减小了阻力;随着波动速度的增大,平均阻力系数呈明显下降趋势,当波动速度为来流速度的1.5倍时,平均阻力系数相对于光滑圆柱下降了53.76%。 相似文献
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波浪与起伏水平板防波堤相互作用数值模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
利用自主研发的基于紧致插值曲线CIP(constrained interpolation profile)方法的数学模型,开展规则波与起伏水平板防波堤相互作用的数值模拟研究。模型在笛卡尔直角坐标下建立,以CIP方法为流场基本求解器,分步求解Navier-Stokes方程,利用高精度的流体体积类型的THINC/SW (tangent of hyperbola for interface capturing with slope weighting)方法重构自由液面,采用浸入边界IBM(immersed boundary method)方法处理波浪与起伏板防波堤的耦合作用问题,通过动量源项造波方法模拟波浪的产生。重点关注波浪的浅水变形和板两端涡旋脱落的非线性现象,分析不同潜深、波要素下的板周围流场分布、板的运动响应和波浪的反透射系数。结果表明:起伏水平板主要通过能量反射、板上浅水变形和板两端的涡脱落消能,能有效减小板后波高,具有作为防波堤的可行性。 相似文献
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珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫星（HY 1C）遥感数据,对西沙永乐群岛珊瑚礁信息进行了研究与分析,提出基于HY 1C遥感数据的珊瑚礁地貌分类体系。采用全卷积神经网络U Net模型,依次通过下采样、上采样操作提取西沙永乐环礁地貌特征,实现原始影像的像素级语义分割。结果表明：基于HY 1C数据建立的地貌分类体系对活珊瑚覆盖及珊瑚生长发育条件具有指示作用,提出的基于U Net模型的珊瑚岛礁地貌信息自动提取方法,能够为我国南海珊瑚岛礁生态系统的全自动、大范围监测和评价提供相应理论基础,在珊瑚礁生态管理与评价中发挥关键作用。精度验证结果表明：U Net模型可以有效提取珊瑚礁地貌信息,采用的地貌信息提取方法具备时空泛化能力,泛化精度高于80%。 相似文献
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The incompressible viscous uniform and shear flow past a circular cylinder is studied. The two-dimensional Navier-Stokes equations are solved by a finite element method. The governing equations are discretized by a weighted residual method in space. The stable three-step scheme is applied to the momentum equations in the time integration. The numerical model is firstly applied to the computation of the lid-driven cavity flow for its validation. The computed results agree well with the measured data and other numerical results. Then, it is used to simulate the viscous uniform and shear flow over a circular cylinder for Reynolds numbers from lO0 to lO00. The transient time interval before the vortex shedding occurs is shortened considerably by introduction of artificial perturbation. The computed Strouhal number, drag and lift coefficients agree well with the experimental data. The computation shows that the finite element model can be successfully applied to the viscous flow problem. 相似文献
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提高海洋表层流的精度与分辨率对于相关应用领域至关重要。研究引入海表面温度(sea surface temperature,SST)信息对高度计导出流场的改进效果,计算了2018年每日无间隔的全球海洋表层流速度。通过增加热量守恒方程约束,引入卫星测温产品,在地转流基础上生成表层流产品,并与现场漂流浮标速度比较,评估了使用多源卫星遥感获取海流的质量。研究表明,本文方法在不改变沿等温线的切向流速分量的前提下,沿等温线的法向流速分量得到了改进,方法能充分利用海表温度信息提取流场特征信息;方法不适用于海表面温度梯度较小区域,在梯度较大区域可获得明显改进;优化流场能更好地刻画海面海流变化,证明结合卫星测高与卫星测温可改善海洋表层流动;存在强烈中尺度活动和热梯度区域,增加SST观测能够弥补测高资料的不足。 相似文献
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Large Eddy Simulation for Plunge Breaker and Sediment Suspension 总被引：1，自引：1，他引：1
Breaking waves are a powerful agent for generating turbulence that plays an important role in many fluid dynamical processes, particularly in the mixing of materials. Breaking waves can dislodge sediment and throw it into suspension, which will then be carried by wave-induced steady current and tidal flow. In order to investigate sediment suspension by breaking waves, a numerical model based on large-eddy-simulation (LES) is developed. This numerical model can be used to simulate wave breaking and sediment suspension. The model consists of a free-surface model using the surface marker method combined with a two-dimensional model that solves the flow equations. The turbulence and the turbulent diffusion are described by a large-eddy-simulation (LES) method where the large turbulence features are simulated by solving the flow equations, and a subgrid model represents the small-scale turbulence that is not resolved by the flow model. A dynamic eddy viscosity subgrid scale stress model has been used for the 相似文献
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The horseshoe vortex generated around the sail-body junction of submarine has an important influence on the non-uniformity of submarine wake at propeller disc.The flow characteristics in the horseshoe vortex generated area are analyzed,and a new method of vortex control baffler is presented.The influence of vortex control baffler on the flow field around submarine main body with sail is numerically simulated.The wind tunnel experiment on submarine model is carried out,and it is proved that the vortex control baffler can weaken the horseshoe vortex and decrease the non-uniformity of the wake at propeller disc.It is shown from the experiment results that the effect of vortex control baffler depends on its installation position;with a proper installation position,the non-uniform coefficient of submarine wake would be declined by about 50%;the Reynolds number of submarine model has an influence on the effect of vortex control baffler too,and the higher the Reynolds number is,the better the effect of the vortex control baffler is. 相似文献