中尺度渦旋的運(yùn)動(dòng)整體可分為兩部分:平移及轉(zhuǎn)動(dòng)。平移指渦旋在整個(gè)生命周期內(nèi)的水平移動(dòng),而轉(zhuǎn)動(dòng)除了包括內(nèi)轉(zhuǎn)（海表地轉(zhuǎn)流引起的渦旋自身水體轉(zhuǎn)動(dòng)）外,還包括形轉(zhuǎn)（渦旋實(shí)際邊界最佳擬合橢圓的轉(zhuǎn)動(dòng)）。本文基于1993—2018年共計(jì)26年間的衛(wèi)星高度計(jì)渦旋識(shí)別與追蹤數(shù)據(jù),首次對(duì)南海中尺度渦旋的完整運(yùn)動(dòng)形式,即形轉(zhuǎn)、內(nèi)轉(zhuǎn)、平移展開了系統(tǒng)的研究。其中,對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)及平移的分析,可通過渦旋的識(shí)別追蹤數(shù)據(jù)集直接進(jìn)行;為研究渦旋形轉(zhuǎn),提出了一種基于渦旋識(shí)別追蹤數(shù)據(jù)自動(dòng)提取渦旋形轉(zhuǎn)信息的算法,以此得到渦旋形轉(zhuǎn)方向、每天形轉(zhuǎn)的角度以及形轉(zhuǎn)圈數(shù)等信息,獲得渦旋形轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)集。通過對(duì)渦旋識(shí)別追蹤數(shù)據(jù)以及形轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):南海渦旋的平移方向多為西向,且其速率呈偏態(tài)分布,主要以南海南部偏高。同樣,渦旋的內(nèi)轉(zhuǎn)速率也呈偏態(tài)分布,高速率內(nèi)轉(zhuǎn)的渦旋主要分布在呂宋海峽附近。渦旋的形轉(zhuǎn)主要以南海南部速率偏高,且與渦旋的壽命及長軸有一定的關(guān)系,傾向于隨著渦旋壽命的增長、渦旋長軸的增大而變慢。同時(shí)南海渦旋的這三種不同運(yùn)動(dòng)形式之間也存在一定的相關(guān)性。 

【文章來源】：海洋通報(bào). 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

南海中尺度渦旋的數(shù)量分布（網(wǎng)格大小為1°×1°，等值線間隔均為400)

圖1 南海中尺度渦旋的數(shù)量分布（網(wǎng)格大小為1°×1°，等值線間隔均為400)本文中進(jìn)行最佳橢圓擬合的邊界為渦旋的有效邊界，利用海平面高度異常等值線來識(shí)別渦旋，遍歷所有等值線，其中滿足渦旋條件且面積最大的即為渦旋的有效邊界（Liu et al,2016b）。渦旋邊界最佳橢圓擬合具體步驟如下：用最小二乘法將單個(gè)渦旋的有效邊界擬合為二次曲線，若該二次曲線是橢圓，則該橢圓即為渦旋邊界的最佳擬合橢圓；否則，則運(yùn)用主方向包圍盒（OBB）算法進(jìn)行處理，OBB內(nèi)的最大橢圓即為渦旋邊界的最佳擬合橢圓。最佳擬合橢圓的長軸傾角變化即為形轉(zhuǎn)角度，如圖3所示。圖3a與圖3b為同一渦旋相鄰兩天的渦旋形狀示意圖。角α為前一天的渦旋擬合橢圓傾角，角β為后一天的渦旋擬合橢圓傾角，角β與角α之間的角度變化即角γ即為該渦旋的形轉(zhuǎn)，即形轉(zhuǎn)角γ=β-α(本文中固定渦旋擬合橢圓的焦點(diǎn)定義其形轉(zhuǎn)為0°至360°）。

本文中進(jìn)行最佳橢圓擬合的邊界為渦旋的有效邊界，利用海平面高度異常等值線來識(shí)別渦旋，遍歷所有等值線，其中滿足渦旋條件且面積最大的即為渦旋的有效邊界（Liu et al,2016b）。渦旋邊界最佳橢圓擬合具體步驟如下：用最小二乘法將單個(gè)渦旋的有效邊界擬合為二次曲線，若該二次曲線是橢圓，則該橢圓即為渦旋邊界的最佳擬合橢圓；否則，則運(yùn)用主方向包圍盒（OBB）算法進(jìn)行處理，OBB內(nèi)的最大橢圓即為渦旋邊界的最佳擬合橢圓。最佳擬合橢圓的長軸傾角變化即為形轉(zhuǎn)角度，如圖3所示。圖3a與圖3b為同一渦旋相鄰兩天的渦旋形狀示意圖。角α為前一天的渦旋擬合橢圓傾角，角β為后一天的渦旋擬合橢圓傾角，角β與角α之間的角度變化即角γ即為該渦旋的形轉(zhuǎn)，即形轉(zhuǎn)角γ=β-α(本文中固定渦旋擬合橢圓的焦點(diǎn)定義其形轉(zhuǎn)為0°至360°）。通過對(duì)渦旋最佳擬合橢圓傾角的依次疊加，得到該渦旋累計(jì)傾角曲線，進(jìn)而計(jì)算獲得渦旋的形轉(zhuǎn)信息。為了得到南海每條渦旋的形轉(zhuǎn)信息，本文提出一個(gè)算法來自動(dòng)獲取每條渦旋的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)等轉(zhuǎn)動(dòng)屬性。具體流程如圖4所示。首先，將渦旋生命周期中的第一天記為搜索點(diǎn)，并將其計(jì)入節(jié)點(diǎn)數(shù)組；然后從搜索點(diǎn)開始向前搜索與搜索點(diǎn)相差360°的時(shí)間，若該時(shí)間存在，則從該時(shí)間向后搜索，尋找最早完成360°形轉(zhuǎn)的起、止點(diǎn)，將止點(diǎn)作為新的搜索點(diǎn)，并將起、止點(diǎn)計(jì)入節(jié)點(diǎn)數(shù)組，否則，將生命周期中最后一天作為搜索點(diǎn)向前搜索，尋找最早完成360°形轉(zhuǎn)的起、止點(diǎn)，將止點(diǎn)作為新的搜索點(diǎn)，并將起、止點(diǎn)計(jì)入節(jié)點(diǎn)數(shù)組；繼續(xù)上述搜索，直到搜索完渦旋的整個(gè)生命周期。其中，累計(jì)角度值增加為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，減少為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。用該算法處理南海渦旋識(shí)別與追蹤數(shù)據(jù)集，即可獲得所有渦旋的形轉(zhuǎn)信息，得到形轉(zhuǎn)信息數(shù)據(jù)集。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3282421