[发明专利]一种三维中尺度涡追踪方法

说明书

本发明涉及一种三维中尺度涡追踪方法，主要包括计算三维中尺度涡质心及基于质心追踪三维中尺度涡的过程。将三维中尺度涡按其深度等效为多个圆台，计算各圆台质心从而获得三维中尺度涡质心。基于三维中尺度涡质心采用最小三维距离方法分别对三维反气旋涡和气旋涡进行追踪，直至其轨迹结束，建立长时间序列的三维中尺度涡追踪数据集。该方法将三维中尺度涡作为整体追踪其三维运动轨迹，实现了三维中尺度涡的自动追踪，同时打破了分层追踪的局限性，有利于分析三维中尺度涡的运动和生命周期规律，并有助于分析三维中尺度涡结构与其运动轨迹间的相互影响，为深入研究三维中尺度涡的特征奠定基础。

技术领域

本发明涉及海洋遥感及信息技术领域，尤其是涉及一种海洋中尺度涡的追踪方法。

背景技术

海洋中尺度涡是海洋环境的重要特征，其对海洋渔业、海洋环境、海洋军事活动有重要影响。表面中尺度涡研究已相对成熟，但中尺度涡的三维特征仍亟待深入研究。

三维中尺度涡的研究包括：基于实测数据的个别三维中尺度涡研究、结合卫星数据与Argo浮标数据的三维中尺度涡特征综合分析研究、基于模式数据的三维中尺度涡研究，主要针对三维中尺度涡的结构和温盐等水文特征进行分析，而三维涡旋的追踪方法有较少涉及。目前三维中尺度涡的追踪方法主要有：一是利用浮标、潜标等跟踪个别三维涡旋；二是分层追踪不同深度涡旋轨迹。个别三维中尺度涡的跟踪是大多在海洋试验过程中开展，其观测数据量和时间有限，不能大范围、长时间跟踪观察，无法实现三维中尺度涡自动追踪。分层追踪的方法只能建立离散深度的二维涡旋追踪轨迹，仅表征不同深度处涡旋的运动轨迹，而不能表示一个三维中尺度涡整体的运动特征，无法分析三维中尺度涡结构对于其运动轨迹和生命周期的影响，同时也无法分析三维中尺度涡的运动对其结构特征的影响，导致三维中尺度涡属性特征研究的片面性和局限性。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种三维中尺度涡追踪方法。本发明能够实现三维中尺度涡的自动追踪，同时突破了分层追踪不同深度涡旋的限制，将三维中尺度涡作为整体进行追踪，得到其完整三维追踪轨迹。本发明建立三维中尺度涡运动轨迹，有利于探究三维中尺度涡生命周期规律和运动特征，有助于分析三维中尺度涡结构与其运动轨迹之间的相互影响关系，具有实用性和有效性。

本发明的技术方案如下：

一种三维中尺度涡追踪方法，所述方法包括如下步骤：

(1)计算三维中尺度涡质心

将识别到的三维中尺度涡按其深度等效为多个圆台，通过计算圆台质心进而获得三维中尺度涡质心；

(2)基于质心追踪三维中尺度涡

(2a)定义平面搜索区域S；

(2b)t时刻某三维中尺度涡E0的质心为σ_E0＝(lon_E0，lat_E0，depth_E0)，搜索相同类型三维气旋涡或三维反气旋涡的t+1时刻落于平面搜索区域S内的待追踪三维中尺度涡质心；

(2c)若t+1时刻有多个三维中尺度涡质心落于S区域内，计算落于区域S内的三维中尺度涡Ei质心与t时刻三维涡旋E0质心的三维距离D_i，选择距离最小的三维中尺度涡定义为Ej，判定Ej与E0属于同一个三维中尺度涡，建立t时刻三维中尺度涡E0与t+1时刻三维中尺度涡Ej之间的追踪轨迹，由E0质心指向Ej质心，利用三维中尺度涡Ej信息更新三维中尺度涡E0轨迹信息；若t+1时刻无相应三维中尺度涡质心落于S区域内，则认为三维中尺度涡E0轨迹追踪结束；

(2d)基于三维中尺度涡Ej质心按(2b)～(2c)步骤继续追踪该三维中尺度涡运动轨迹，直至其追踪轨迹结束；

(2e)从数据起始时间开始，按照(2b)～(2d)步骤分别追踪三维气旋涡或三维反气旋涡的运动轨迹，建立长时间序列的三维中尺度涡追踪数据集。