[发明专利]一种海洋用长时间随涡观测系统及设计方法

权利要求书

1.一种海洋用长时间随涡观测系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：数据集收集；以中国海洋大学海洋信息技术实验室提供的全球涡旋识别与追踪数据集和全球监测与预报中心CMEMS提供的全球海洋三维垂直分层流场再分析数据集GLORYS2V4为来源，共同作为统计分析的数据基础；

步骤二：涡-流一致性分析与规律统计；基于步骤一中获取的涡旋数据集和三维流场数据集，开展同一时空下的不同深度处背景流场大小、方向与涡速、涡向的一致性概率统计分析，得到特定海域、不同特征涡旋的涡向-流向最大概率一致性的深度h₁和涡速-流速最大概率一致性的深度h₂；

步骤三：随涡观测系统中水帆部署深度确定；将步骤二中得到的涡向-流向最大概率一致性出现的深度h₁作为水帆的最佳部署深度；

步骤四：水帆具体尺寸计算与设计；基于随涡观测系统与涡旋同步运动的原则，将水帆作为随涡观测系统的动力源、除水帆以外的其它部件作为阻力源，针对目标海域的待测涡旋，根据步骤二得到的该区域涡-流一致性规律，对随涡观测系统的各部件受力情况分析，建立随涡观测系统整体的动力学方程，计算得到在不同海域、不同涡旋类型、实现长时间跟涡观测的水帆设计尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种海洋用长时间随涡观测系统的设计方法，其特征在于，所述步骤四中除水帆以外其它部件作为阻力源的阻力值计算方法包括：

S1，分层流场值确定；对该深度内的流场分别进行流速和流向插值，得到第i米深度处的分层流场其中，以涡旋运动方向为x轴正方向；

S2,除水帆外的其它部件总迎流影响计算；除水帆外其它部件单位长度迎流面积分别乘以各自所在深度处流速沿涡向分量大小，积分得到其它部件在整个剖面流场内的总迎流影响，即A_余，总：

其中，s_球、s_包塑、s_锤、s_系缆、s_升，总分别为海表浮球、包塑钢缆、张紧锤、系缆以及升降平台的单部件水下单位长度的迎流面积，H1-H2为海表平面至海表浮球底端的剖面深度，H2-H3为海表浮球底端至上阻尼块的剖面深度，H3-H4为上阻尼块至下阻尼块的剖面深度，H4-H5为下阻尼块至张紧锤顶端的剖面深度，H5-H6为张紧锤的剖面深度，H6-H7为张紧锤底端至水帆顶端的剖面深度；

S3,除水帆外的其它部件运动速度计算；将除水帆外其它部件作为一个整体，将总迎流影响A_余，总除以总迎流面积S_余，总＝(S_球+S_包塑+S_升，总+S_锤+S_系缆)，即得到其它部件沿涡旋运动方向的整体速度大小V_x，余＝A_余/S_余，总；其中，S_球、S_包塑、S_锤、S_系缆、S_升，总分别为海表浮球、包塑钢缆、张紧锤、系缆以及升降平台的单部件的总迎流面积；

S4,除水帆外的其它部件的阻力计算；由于其它部件在水帆带动下，最终实现与涡旋一致的运动速度V_涡，则相对于水帆，其它部件所受阻力大小为F_其它，阻＝(1/2)*C*ρ_海水*(S_球+S_包塑+S_升，总+S_锤+S_系缆)*(V_涡-V_x，余)²；其中，V_涡为涡旋速度大小，C为海水阻力常数，ρ_海水为海水密度。