[發明專利]一種基于渦度正值檢測旋渦穿透躍層的方法

在審

• 申請號: 202010792027.4
• 申請日: 2020-08-08
• 公開（公告）號: CN111931434A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 呂海濱;邢雪婷;任永明
• 申請（專利權）人: 江蘇海洋大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 連云港潤知專利代理事務所 32255
• 代理人: 劉喜蓮

本發明公開了一種基于渦度正值檢測旋渦穿透躍層的方法，屬于海洋技術領域。該方法包括以下步驟：(1)根據旋渦影響面積選取三維計算區域，并建立離散網格；(2)使用相應公式計算選定區域的水平平均渦度正值；(3)按時間序列繪制渦度正值水平平均垂向廓線；(4)最后計算選定區域的平均浮力頻率垂向廓線，結合平均浮力頻率垂向廓線與渦度正值水平平均垂向廓線即可判斷旋渦上升流能否穿透躍層。本發明選取三維計算區域，能夠準確計算出渦度正值，使用渦度正值水平平均垂向廓線和平均浮力頻率垂向廓線判定上升流是否能夠穿透躍層，準確直觀。

技術領域

本發明涉及海洋技術領域，具體是一種基于渦度正值檢測旋渦穿透躍層的方法。

背景技術

臺風過境在海洋上層易形成逆時針的氣旋渦，隨著渦度的增加，會在氣旋渦的中心形成上升流，該上升流可以把底部豐富營養帶到表層。但是由于海洋溫躍層的存在，當上升流較弱的時候，底部的營養物質不能穿透密度躍層。目前常用的研究臺風對海洋冷渦的影響方法多是基于平面的動力參數，例如羅斯貝數、切變和離散度等，難以有效計算渦度值，不能有效判定上升流是否能夠擊穿躍層。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對現有技術的不足，提供一種能夠精確有效判定上升流是否能夠擊穿躍層的方法。

本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的，本發明是一種基于渦度正值檢測旋渦穿透躍層的方法，其特點是：包括以下步驟，

步驟一，選取三維計算區域：

根據海洋中旋渦的影響面積的大小，以漩渦中心為起點向四周擴散選擇覆蓋旋渦影響面積的規則圖形區域作為計算區域，并建立離散網格，以i表示x軸方向的行號，以j表示y軸方向的列號，以k表示z軸方向的垂向分層號；

步驟二，計算選定三維區域的水平平均渦度正值：

先使用公式(1)計算渦旋的空間三維分布矩陣，

公式(1)中，u，v分別為速度在x軸和y軸的分量；

再使用公式計算出平均渦度正值：

公式(2)中，ζ(i,j)0,m為ζ(i，j)0的網格數目；

步驟三，按時間序列繪制渦度正值水平平均垂向廓線：

利用克里金插值法計算不同時刻t的平均渦度正值根據估計方差的最小條件，使用公式(3)求出w_i的值：

公式(3)中，μ為拉格朗日算子，γ(x_j-x_i)為已知點的變差函數值，γ(x_p-x_i)為已知點與待插點P間的變差函數值；

再根據公式(4)計算出待插點P的估計值：

公式(4)中，f_i是已知點值，w_i是權重系數，

以時間為橫坐標，以深度左側縱坐標，以渦度正值為右側縱坐標繪制出渦度正值水平平均垂向廓線；

步驟四，計算選定區域的浮力頻率垂向廓線：

利用浮力頻率公式(5)計算浮力頻率：

公式(5)中，N(z)表示浮力頻率，ρ₀表示海水平均密度1025kg/m³，ρ表示海水密度，g為重力加速度；