[發(fā)明專利]一種三維中尺度渦追蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010299200.7
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111488691B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑黎明;趙明;姜浩;劉聰;李同宇;錢漢明;高軍保
• 申請（專利權(quán)）人: 中船海洋探測技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06F113/08
• 代理公司: 無錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發(fā)明涉及一種三維中尺度渦追蹤方法，主要包括計(jì)算三維中尺度渦質(zhì)心及基于質(zhì)心追蹤三維中尺度渦的過程。將三維中尺度渦按其深度等效為多個(gè)圓臺，計(jì)算各圓臺質(zhì)心從而獲得三維中尺度渦質(zhì)心。基于三維中尺度渦質(zhì)心采用最小三維距離方法分別對三維反氣旋渦和氣旋渦進(jìn)行追蹤，直至其軌跡結(jié)束，建立長時(shí)間序列的三維中尺度渦追蹤數(shù)據(jù)集。該方法將三維中尺度渦作為整體追蹤其三維運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)了三維中尺度渦的自動(dòng)追蹤，同時(shí)打破了分層追蹤的局限性，有利于分析三維中尺度渦的運(yùn)動(dòng)和生命周期規(guī)律，并有助于分析三維中尺度渦結(jié)構(gòu)與其運(yùn)動(dòng)軌跡間的相互影響，為深入研究三維中尺度渦的特征奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋遙感及信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種海洋中尺度渦的追蹤方法。

背景技術(shù)

海洋中尺度渦是海洋環(huán)境的重要特征，其對海洋漁業(yè)、海洋環(huán)境、海洋軍事活動(dòng)有重要影響。表面中尺度渦研究已相對成熟，但中尺度渦的三維特征仍亟待深入研究。

三維中尺度渦的研究包括：基于實(shí)測數(shù)據(jù)的個(gè)別三維中尺度渦研究、結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)與Argo浮標(biāo)數(shù)據(jù)的三維中尺度渦特征綜合分析研究、基于模式數(shù)據(jù)的三維中尺度渦研究，主要針對三維中尺度渦的結(jié)構(gòu)和溫鹽等水文特征進(jìn)行分析，而三維渦旋的追蹤方法有較少涉及。目前三維中尺度渦的追蹤方法主要有：一是利用浮標(biāo)、潛標(biāo)等跟蹤個(gè)別三維渦旋；二是分層追蹤不同深度渦旋軌跡。個(gè)別三維中尺度渦的跟蹤是大多在海洋試驗(yàn)過程中開展，其觀測數(shù)據(jù)量和時(shí)間有限，不能大范圍、長時(shí)間跟蹤觀察，無法實(shí)現(xiàn)三維中尺度渦自動(dòng)追蹤。分層追蹤的方法只能建立離散深度的二維渦旋追蹤軌跡，僅表征不同深度處渦旋的運(yùn)動(dòng)軌跡，而不能表示一個(gè)三維中尺度渦整體的運(yùn)動(dòng)特征，無法分析三維中尺度渦結(jié)構(gòu)對于其運(yùn)動(dòng)軌跡和生命周期的影響，同時(shí)也無法分析三維中尺度渦的運(yùn)動(dòng)對其結(jié)構(gòu)特征的影響，導(dǎo)致三維中尺度渦屬性特征研究的片面性和局限性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明申請人提供了一種三維中尺度渦追蹤方法。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)三維中尺度渦的自動(dòng)追蹤，同時(shí)突破了分層追蹤不同深度渦旋的限制，將三維中尺度渦作為整體進(jìn)行追蹤，得到其完整三維追蹤軌跡。本發(fā)明建立三維中尺度渦運(yùn)動(dòng)軌跡，有利于探究三維中尺度渦生命周期規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特征，有助于分析三維中尺度渦結(jié)構(gòu)與其運(yùn)動(dòng)軌跡之間的相互影響關(guān)系，具有實(shí)用性和有效性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種三維中尺度渦追蹤方法，所述方法包括如下步驟：

(1)計(jì)算三維中尺度渦質(zhì)心

將識別到的三維中尺度渦按其深度等效為多個(gè)圓臺，通過計(jì)算圓臺質(zhì)心進(jìn)而獲得三維中尺度渦質(zhì)心；

(2)基于質(zhì)心追蹤三維中尺度渦

(2a)定義平面搜索區(qū)域S；

(2b)t時(shí)刻某三維中尺度渦E0的質(zhì)心為σ_E0＝(lon_E0，lat_E0，depth_E0)，搜索相同類型三維氣旋渦或三維反氣旋渦的t+1時(shí)刻落于平面搜索區(qū)域S內(nèi)的待追蹤三維中尺度渦質(zhì)心；

(2c)若t+1時(shí)刻有多個(gè)三維中尺度渦質(zhì)心落于S區(qū)域內(nèi)，計(jì)算落于區(qū)域S內(nèi)的三維中尺度渦Ei質(zhì)心與t時(shí)刻三維渦旋E0質(zhì)心的三維距離D_i，選擇距離最小的三維中尺度渦定義為Ej，判定Ej與E0屬于同一個(gè)三維中尺度渦，建立t時(shí)刻三維中尺度渦E0與t+1時(shí)刻三維中尺度渦Ej之間的追蹤軌跡，由E0質(zhì)心指向Ej質(zhì)心，利用三維中尺度渦Ej信息更新三維中尺度渦E0軌跡信息；若t+1時(shí)刻無相應(yīng)三維中尺度渦質(zhì)心落于S區(qū)域內(nèi)，則認(rèn)為三維中尺度渦E0軌跡追蹤結(jié)束；

(2d)基于三維中尺度渦Ej質(zhì)心按(2b)～(2c)步驟繼續(xù)追蹤該三維中尺度渦運(yùn)動(dòng)軌跡，直至其追蹤軌跡結(jié)束；

(2e)從數(shù)據(jù)起始時(shí)間開始，按照(2b)～(2d)步驟分別追蹤三維氣旋渦或三維反氣旋渦的運(yùn)動(dòng)軌跡，建立長時(shí)間序列的三維中尺度渦追蹤數(shù)據(jù)集。