[发明专利]基于CFSR数据的冬季北太平洋地区中尺度涡旋的识别和追踪方法

说明书

本发明公开了基于CFSR数据的冬季北太平洋地区中尺度涡旋的识别和追踪方法。该方法基于CFSR数据中的海流场和海表面温度场，首先对数据进行预处理，得到海流和海表面温度异常场。然后利用海流异常数据，分两种情况寻找涡旋中心点，根据得到的涡旋中心点，确定涡旋半径。最后，根据海流场计算得到涡旋可能运动的最大距离，在该范围内进行涡旋追踪。该方法通过CFSR数据中的海流场和海表面温度场进行涡旋的识别和追踪，避免了由于高度计计算地转流场的误差导致的低纬度地区识别结果不准确。另外有效利用了海流场帮助涡旋追踪，提高了涡旋追踪的效率。

技术领域

本发明涉及海洋地区中尺度涡旋的识别和追踪方法，尤其涉及基于CFSR数据的冬季北太平洋中尺度涡旋的识别和追踪方法，属于海洋可视化领域。

背景技术

中尺度涡旋作为海洋中重要的物理过程，对全球气候、海洋环流、生产力等有着重要的影响。但涡旋的产生并不是空间均匀分布的，而是集中在某些特殊地区，比如北太平洋区域。因此，对北太平洋地区的涡旋识别和追踪有着一定的研究价值和意义。

对海洋中尺度涡旋识别提取的方法有多种，目前常见的涡旋识别方法有Okubo-Weiss(OW)法、Wind-angle(WA)法、SSH法、Hybird Detection(HD)法等。

(1)OW法：OW法以W值作为物理参数，W值是由SSH计算得到的。将-0.2σ_w(σ_w为整个W场的标准差)作为阈值，判断检测区域是否为涡旋。OW法的特点是根据W值划分涡旋核心，而且涡旋外围只需要海表面高度数据即可确定。但这种方法存在以下几个问题：第一，该方法的计算易受SSH数据的噪音影响，往往会把W场的噪点误判为涡旋。第二，该方法需要明确一个阈值来进行涡旋的提取，但不同阈值得到的结果波动很大。

(2)WA法：WA法通过一个点来确定涡旋的中心，通过一条闭合的外廓连线来确定涡旋的边界，从而表达一个完整的涡旋结构。对于被地转流所围绕的涡旋，它的外廓线大致与SSH的闭合等值线相符，因此这种方法逐渐被更简便的SSH方法取代。

(3)SSH法：SSH法通过查找SSH最外层的闭合等值线来确定涡旋边界，再以涡旋边界内的SSH局地极值为涡旋中心。这种方法的运算量较大。

(4)HD法：是OW法和SSH法的混合。先以SSH局地极值和“涡核”确定涡心，再以包含“涡核”的最内圈闭合SSH等值线为涡边，最后确定“多核结构”及其边界。

涡旋的追踪方法主要有pixel connectivity algorithm,threshold searchingalgorithm等。Pixel connectivity algorithm对于涡旋中心区域比较明显，且不同涡旋个体之间存在一定距离的情况比较有效，该方法是通过确认在x、y以及时间上相邻的像元组的办法来实现的。Threshold searching algorithm是一种基于最近距离的方法，此方法按照时间步长从一个时间到下一个时间追踪每个涡旋，在下一张地图中找到的涡旋中心距离最近的对象即视为追踪到的目标。

采用以上方法进行涡旋识别和追踪，都会出现由于计算得到的地转流速不准确导致的误差，同时运算量大，识别和追踪速率较低的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有识别方法识别误差大，效率低的缺陷，提供一种基于CFSR数据的冬季北太平洋地区中尺度涡旋识别和追踪方法，提高涡旋的识别和追踪效率。

为了解决上述技术问题，本发明的基于CFSR数据的冬季北太平洋地区中尺度涡旋的识别方法，包含如下步骤：

①选取CFSR数据库中的海流场数据和海表面温度场数据；将上200米海流场数据进行平均，再去除海流场数据中的季节循环信号，获得海流异常场；去除海表面温度场数据中的季节循环信号，再移除纬向平均的海表面温度，获得海表面温度异常场。