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基于客观λ2方法的海洋三维涡旋核心线提取

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涡旋核心线是海洋中尺度涡旋结构的重要组成要素,涡旋核心线提取和可视化对于切入中尺度涡三维结构研究、开展海洋垂直物质能量运输分析具有重要意义.本文基于客观参考框架和λ2准则,提出了使用客观化的流场参数得到λ2区域,并提取其山谷线作为涡旋核心线的方法,实现了对海洋三维结构中尺度涡旋核心线的提取和可视化.首先,引入了最优局部参考系,使得速度、速度梯度等测度成为在变化的参考系下保持不变的客观量,提升了在海洋科学实践中的可靠性和实用性;其次,针对含有垂向速度的海洋三维流场数据,计算其空间雅可比矩阵,展示了涡旋核心区域的三维结构,实现了海洋涡旋研究从二维到三维的提升;最后,分别在多个半径大小播撒流线种子点,分析不同旋转方向的涡旋,对已提取的涡旋核心线实验结果进行验证,证明了客观λ2海洋三维涡旋核心线提取方法的有效性及可行性.
Oceanic 3D vortex coreline extraction using the objective λ2 method
Vortex corelines are an important component of the oceanic mesoscale eddy structure.The extraction and visualization of the vortex corelines are of great significance for the study of the three-dimensional structure of the mesoscale eddies and the analysis of the vertical oceanic material and energy transport.Based on the objective reference frame and the λ2 criterion,this paper proposes a method to obtain the λ2 region using the objective flow field parameters;and extract its valley line as the vortex coreline.First,the optimal local reference frame is introduced;so that measurements such as velocity and velocity gradient become objective quantities that remain unchanged under the changing reference frame,which improves the reliability and practicability of marine science practice.Secondly,for the three-dimensional ocean flow field data with vertical velocity,the spatial Jacobian matrix is calculated,which shows the three-dimensional structure of the vortex core region,and realizes the improvement of ocean vortex research from two-dimensional to three-dimensional.Finally,the experimental results of the extracted vortex corelines are verified by the analysis of vortexs in the different rotation directions and the different radius of streamline seed points,which proves the effectiveness and feasibility of the objective λ2 ocean three-dimensional vortex coreline extraction method.

ocean flow fieldvortex corelineobjectivitythree-dimensional structure

田丰林、李博涵、田万林、唐蓦然、马颖

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自然资源部城市国土资源监测与仿真重点实验室,广东 深圳 518034

中国海洋大学 信息科学与工程学部,山东 青岛 266100

崂山实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东 青岛 266000

深圳市海洋发展研究促进中心,广东 深圳 518000

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海洋流场 涡旋核心线 客观性 三维结构

自然资源部城市国土资源监测与仿真重点实验室开放基金青岛海洋科学与技术试点国家实验室重大项目(十四五)中欧龙计划科技合作项目

KF-2020-05-085LSKJ20220430358393

2024

海洋通报
国家海洋信息中心 国家海洋局北海分局 国家海洋局东海分局 国家海洋局南海分局

海洋通报

CSTPCD北大核心
影响因子:1.07
ISSN:1001-6392
年,卷(期):2024.43(2)
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