南海中尺度涡的形转、内转及平移运动研究
发布时间：2021-07-13 16:40
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。
【文章来源】：海洋通报. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
南海中尺度涡旋的数量分布（网格大小为1°×1°，等值线间隔均为400)
图1 南海中尺度涡旋的数量分布（网格大小为1°×1°，等值线间隔均为400)本文中进行最佳椭圆拟合的边界为涡旋的有效边界，利用海平面高度异常等值线来识别涡旋，遍历所有等值线，其中满足涡旋条件且面积最大的即为涡旋的有效边界（Liu et al,2016b）。涡旋边界最佳椭圆拟合具体步骤如下：用最小二乘法将单个涡旋的有效边界拟合为二次曲线，若该二次曲线是椭圆，则该椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆；否则，则运用主方向包围盒（OBB）算法进行处理，OBB内的最大椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆。最佳拟合椭圆的长轴倾角变化即为形转角度，如图3所示。图3a与图3b为同一涡旋相邻两天的涡旋形状示意图。角α为前一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β为后一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β与角α之间的角度变化即角γ即为该涡旋的形转，即形转角γ=β-α(本文中固定涡旋拟合椭圆的焦点定义其形转为0°至360°）。
本文中进行最佳椭圆拟合的边界为涡旋的有效边界，利用海平面高度异常等值线来识别涡旋，遍历所有等值线，其中满足涡旋条件且面积最大的即为涡旋的有效边界（Liu et al,2016b）。涡旋边界最佳椭圆拟合具体步骤如下：用最小二乘法将单个涡旋的有效边界拟合为二次曲线，若该二次曲线是椭圆，则该椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆；否则，则运用主方向包围盒（OBB）算法进行处理，OBB内的最大椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆。最佳拟合椭圆的长轴倾角变化即为形转角度，如图3所示。图3a与图3b为同一涡旋相邻两天的涡旋形状示意图。角α为前一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β为后一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β与角α之间的角度变化即角γ即为该涡旋的形转，即形转角γ=β-α(本文中固定涡旋拟合椭圆的焦点定义其形转为0°至360°）。通过对涡旋最佳拟合椭圆倾角的依次叠加，得到该涡旋累计倾角曲线，进而计算获得涡旋的形转信息。为了得到南海每条涡旋的形转信息，本文提出一个算法来自动获取每条涡旋的转动方向、转动圈数等转动属性。具体流程如图4所示。首先，将涡旋生命周期中的第一天记为搜索点，并将其计入节点数组；然后从搜索点开始向前搜索与搜索点相差360°的时间，若该时间存在，则从该时间向后搜索，寻找最早完成360°形转的起、止点，将止点作为新的搜索点，并将起、止点计入节点数组，否则，将生命周期中最后一天作为搜索点向前搜索，寻找最早完成360°形转的起、止点，将止点作为新的搜索点，并将起、止点计入节点数组；继续上述搜索，直到搜索完涡旋的整个生命周期。其中，累计角度值增加为顺时针转动，减少为逆时针转动。用该算法处理南海涡旋识别与追踪数据集，即可获得所有涡旋的形转信息，得到形转信息数据集。
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用drifter资料分析南海北部涡旋特征[J]. 刘玉红,谭成伟,冯伟伟,佟晓辉. 海洋测绘. 2017(05)
[2]南海中尺度涡研究进展[J]. 郑全安,谢玲玲,郑志文,胡建宇. 海洋科学进展. 2017(02)
[3]关于南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究[J]. 王思源. 黑龙江科技信息. 2017(07)
[4]南海涡动能比季节变化特征及机理分析[J]. 陈符森,潘长明,薄文波,李佳讯,高飞. 海洋通报. 2016(04)
[5]基于卫星测高的南海中尺度涡统计特征研究[J]. 李惠玲,郭金运,沈毅,谢友鸽,高永刚. 海洋测绘. 2016(04)
[6]卫星和模式数据分析的南海中尺度涡的统计特征[J]. 江伟,王静,邢博. 海洋技术学报. 2016(03)
[7]南海中尺度涡旋的统计特征（英文）[J]. 黄亚文,华丽娟,钟霖浩,冯士德. 中国科学院大学学报. 2016(01)
[8]南海中尺度涡年际变化特征及动力机制分析[J]. 崔凤娟,匡晓迪,王玉. 海洋与湖沼. 2015(03)
[9]Influence of mesoscale eddies on primary production in the South China Sea during spring inter-monsoon period[J]. HU Zifeng,TAN Yehui,SONG Xingyu,ZHOU Linbin,LIAN Xiping,HUANG Liangmin,HE Yinghui. Acta Oceanologica Sinica. 2014(03)
[10]Evolution and propagation of a mesoscale eddy in the northern South China Sea during winter[J]. LIU Changjian,DU Yan,ZHUANG Wei,XIA Huayong,XIE Qiang. Acta Oceanologica Sinica. 2013(07)
博士论文
[1]南海中尺度涡的时空特征研究[D]. 陈更新.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2010
本文编号：3282421
【文章来源】：海洋通报. 2020,39(05)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
南海中尺度涡旋的数量分布（网格大小为1°×1°，等值线间隔均为400)
图1 南海中尺度涡旋的数量分布（网格大小为1°×1°，等值线间隔均为400)本文中进行最佳椭圆拟合的边界为涡旋的有效边界，利用海平面高度异常等值线来识别涡旋，遍历所有等值线，其中满足涡旋条件且面积最大的即为涡旋的有效边界（Liu et al,2016b）。涡旋边界最佳椭圆拟合具体步骤如下：用最小二乘法将单个涡旋的有效边界拟合为二次曲线，若该二次曲线是椭圆，则该椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆；否则，则运用主方向包围盒（OBB）算法进行处理，OBB内的最大椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆。最佳拟合椭圆的长轴倾角变化即为形转角度，如图3所示。图3a与图3b为同一涡旋相邻两天的涡旋形状示意图。角α为前一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β为后一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β与角α之间的角度变化即角γ即为该涡旋的形转，即形转角γ=β-α(本文中固定涡旋拟合椭圆的焦点定义其形转为0°至360°）。
本文中进行最佳椭圆拟合的边界为涡旋的有效边界，利用海平面高度异常等值线来识别涡旋，遍历所有等值线，其中满足涡旋条件且面积最大的即为涡旋的有效边界（Liu et al,2016b）。涡旋边界最佳椭圆拟合具体步骤如下：用最小二乘法将单个涡旋的有效边界拟合为二次曲线，若该二次曲线是椭圆，则该椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆；否则，则运用主方向包围盒（OBB）算法进行处理，OBB内的最大椭圆即为涡旋边界的最佳拟合椭圆。最佳拟合椭圆的长轴倾角变化即为形转角度，如图3所示。图3a与图3b为同一涡旋相邻两天的涡旋形状示意图。角α为前一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β为后一天的涡旋拟合椭圆倾角，角β与角α之间的角度变化即角γ即为该涡旋的形转，即形转角γ=β-α(本文中固定涡旋拟合椭圆的焦点定义其形转为0°至360°）。通过对涡旋最佳拟合椭圆倾角的依次叠加，得到该涡旋累计倾角曲线，进而计算获得涡旋的形转信息。为了得到南海每条涡旋的形转信息，本文提出一个算法来自动获取每条涡旋的转动方向、转动圈数等转动属性。具体流程如图4所示。首先，将涡旋生命周期中的第一天记为搜索点，并将其计入节点数组；然后从搜索点开始向前搜索与搜索点相差360°的时间，若该时间存在，则从该时间向后搜索，寻找最早完成360°形转的起、止点，将止点作为新的搜索点，并将起、止点计入节点数组，否则，将生命周期中最后一天作为搜索点向前搜索，寻找最早完成360°形转的起、止点，将止点作为新的搜索点，并将起、止点计入节点数组；继续上述搜索，直到搜索完涡旋的整个生命周期。其中，累计角度值增加为顺时针转动，减少为逆时针转动。用该算法处理南海涡旋识别与追踪数据集，即可获得所有涡旋的形转信息，得到形转信息数据集。
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用drifter资料分析南海北部涡旋特征[J]. 刘玉红,谭成伟,冯伟伟,佟晓辉. 海洋测绘. 2017(05)
[2]南海中尺度涡研究进展[J]. 郑全安,谢玲玲,郑志文,胡建宇. 海洋科学进展. 2017(02)
[3]关于南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究[J]. 王思源. 黑龙江科技信息. 2017(07)
[4]南海涡动能比季节变化特征及机理分析[J]. 陈符森,潘长明,薄文波,李佳讯,高飞. 海洋通报. 2016(04)
[5]基于卫星测高的南海中尺度涡统计特征研究[J]. 李惠玲,郭金运,沈毅,谢友鸽,高永刚. 海洋测绘. 2016(04)
[6]卫星和模式数据分析的南海中尺度涡的统计特征[J]. 江伟,王静,邢博. 海洋技术学报. 2016(03)
[7]南海中尺度涡旋的统计特征（英文）[J]. 黄亚文,华丽娟,钟霖浩,冯士德. 中国科学院大学学报. 2016(01)
[8]南海中尺度涡年际变化特征及动力机制分析[J]. 崔凤娟,匡晓迪,王玉. 海洋与湖沼. 2015(03)
[9]Influence of mesoscale eddies on primary production in the South China Sea during spring inter-monsoon period[J]. HU Zifeng,TAN Yehui,SONG Xingyu,ZHOU Linbin,LIAN Xiping,HUANG Liangmin,HE Yinghui. Acta Oceanologica Sinica. 2014(03)
[10]Evolution and propagation of a mesoscale eddy in the northern South China Sea during winter[J]. LIU Changjian,DU Yan,ZHUANG Wei,XIA Huayong,XIE Qiang. Acta Oceanologica Sinica. 2013(07)
博士论文
[1]南海中尺度涡的时空特征研究[D]. 陈更新.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2010
本文编号：3282421
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