[发明专利]海洋温度锋自动追踪和特征参数信息提取方法

说明书

本发明公开了一种海洋温度锋自动追踪和特征参数信息提取方法：(1)温度梯度场的建立；(2)温度锋横断面的确定；(3)温度锋特征参数的确定；(4)锋区中心位置的追踪；(5)遍历海区内所有网格点，得到海区内所有的海洋温度锋，并提取相应的温度锋特征参数信息，用于海洋中尺度现象研究并对未来海洋温度锋的分布做出可能性预测。本发明在温度水平梯度法原理的基础上，以网格遍历和物体质心权重分配的方式自动追踪海洋温度锋面中心位置，同时实现对海洋温度锋的强度、宽度、边界等特征参数信息的协同一致性提取，解决了传统的海洋温度锋提取方法仅能提供锋面的中心位置而不能同时给出锋区的强度、宽度、边界等关键特征参数信息的问题。

技术领域

本发明涉及海洋信息技术，特别涉及一种基于锋面中心线的海洋温度锋自动 追踪和特征参数信息提取方法。

背景技术

海洋锋是海洋中水文要素水平剧烈变化的区域，可以用要素的水平梯度来描 述。锋区是海水辐聚区域，存在次级环流和强烈的混合作用，海洋生产力高，对 于海洋混合与海洋环流、海-气相互作用、渔业、水声传播等诸多领域的研究有 着非常重要的影响。开展海洋锋这一类海洋中尺度特征现象的研究、分析与预报 的首要环节就是对海洋锋区的特征参数，如锋区的中心位置、强度、宽度、边界 等进行信息提取。特别是在利用卫星遥感海表面温度开展海洋温度锋实时监测和 海洋三维温盐流数值分析和预报的过程中，人们需要基于海洋温度场网格分析和 预报数据集，对诸如海洋中尺度涡和温度锋这类所关心的海洋中尺度特征现象进 行快速解释和应用，以便可以高效地为海洋环境安全保障提供海洋特征现象信息 产品服务。

对于海洋锋面的检测方法主要可以归结为两类：一是梯度法(Gradientalgorithm)，二是直方图法(Histogram algorithm)。前者主要是根据给定的温度 空间梯度的阈值来进行海洋锋的检测，适用于任意强度的锋面，而后者则可适用 于高背景噪音下的弱海洋锋检测。但无论是梯度法，还是直方图法，通常只是给 出锋面的中心位置，并不能同时给出海洋锋横断面的宽度，即锋面的侧向边界。 而在实际海洋环境安全保障中，往往需要同时给出海洋锋面的中心位置、强度、 横断面的宽度等信息。尤其是在海洋水声的应用中，海洋锋面边缘的确定，对水 声传播起着非常重要的作用。美国海军自2002年起在其业务化运行的涡可分辨 的全球海洋锋和中尺度涡特征现象预报系统中，海洋温度锋面边界的预报是其发 布的非常重要的一项海洋环境安全保障产品。因此，在涡可分辨的全球海洋数值 预报系统所产生的海洋温度场网格分析和预报数据集的基础上，研究开发一种精度较高的海洋温度锋面自动检测算法，尤其是可同时给出海洋锋面的中心位置、 强度、宽度和边界等特征参数，并且具有广泛适用性，从而达到对海洋温度锋这 类中尺度特征现象进行快速解释和应用的目的，势在必行。

发明内容

本发明针对海洋温度锋特征参数信息提取，主要目的是在利用卫星遥感海表 面温度开展海洋温度锋实时监测和海洋三维温盐流数值分析和预报的过程中，解 决通常所采用的海洋温度锋面的梯度检测方法仅能提供锋面的中心位置而不能 同时给出锋区的强度、宽度、边界等关键特征参数信息这一不足之处，提供一种 基于锋面中心线的海洋温度锋自动追踪方法，可同时提取锋面的中心位置、强度、 宽度、边界等特征参数信息，实现基于海洋温度场网格分析和预报数据集的中尺 度特征现象的快速解释和应用。

本发明所采用的技术方案是：一种海洋温度锋自动追踪和特征参数信息提取 方法，包括以下步骤：

步骤1，温度梯度场的建立：利用给定海域的温度场网格数据，计算温度梯 度场，并对温度梯度场进行内插，获得较温度场网格数据更高分辨率的温度梯度 场网格数据集；

步骤2，温度锋横断面的确定：建立温度锋判别标准，以某一满足温度锋判 别标准的点为温度锋中心位置初猜点，并以温度锋中心位置初猜点为中心，分别 沿温度梯度正负两个方向寻找温度锋临时边界点；

步骤3，温度锋特征参数的确定：采用逐步迭代的方式，确定锋区的中心位 置，提取特征参数信息；