一种南海深海盆中尺度涡预报方法与流程

本发明涉及一种涡的预报方法，更具体地，涉及一种南海深海盆中尺度涡预报方法。

背景技术：

南海是中尺度涡的高发和频发海域，中尺度涡对南海动力过程及气候环境变化具有重要作用。认识中尺度涡生成演变机制，构建中尺度涡预报预测方法对探究南海海洋过程和开发利用海洋资源具有重要意义。关于南海中尺度涡前人多作为单体现象处理，认为中尺度涡形成与局地不稳定海洋过程或大气强迫有关，这种个体研究不利于对南海海盆多发中尺度涡的预报预测。2014年首先提出的封闭水体的驻波模型，解释了南海深海盆中尺度涡的二维波图形。他们利用卫星高度计的海表高度异常图，证明了模态的存在，并且得到了与观测结果一致的模态的波长。但是，他们利用的理论没有考虑地球的旋转效应和海洋的层化。因此，他们不能很好的解释涡分布图的复杂性和变化的多样性。同时，现有的预报模式存在缺陷与不足，预报结果与实际情况相差较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种南海深海盆中尺度涡预报方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种南海深海盆中尺度涡预报方法，包括以下步骤：

s1:根据海盆的地理地形特征，选定适合海盆的模型函数，考虑地球自转和海水层化效应，外界能量扰动后，矩形平底海盆中随时间变化的三维流函数为：

其中，

s2：根据研究海盆实际特征，确定模型函数中的的l，l，β，r等参数。选取南海深海盆总代矩形区域，范围为11°n-19°n,110°e-120°e，由此确定l＝1100km，l＝880km，中心纬度15°n，β＝2.2*10^-11rad/s/m。垂向上，南海深海盆存在很强的、季节性的层节变化；由温盐观测计算确定正压和斜压罗斯贝变形半径，正压r0取为4000km，一阶斜压变形半径r1取为60km。

s3：将步骤(2)确定的参数带入步骤(1)的模型函数，给定模态数m和n，计算得出mn模的二维海平面分布图及相应的正压、斜压罗斯贝标准模态的频率、周期、波长和传播速度。

s4：对比海面高度时间变化的主周期/波长与各罗斯贝标准模的周期/波长，确定主模态，利用海盆内海面高度时空变化序列的历史资料进行傅立叶频谱分析，找出能量峰值对应的主周期和主波长，对比此参量与各正压/斜压罗斯贝标准模态主参数，确定海盆的主要的罗斯贝模态。

s5：对比海面高度的二维空间分布，确定步骤s5中主要模态的振幅，对二维海面高度空间特征的历史资料进行时空通滤波，由主模态作为基函数，通过最小二乘法，计算各主模态的振幅。

s6：加和主模态，得到复合的海面高度变化预报函数。给定未来时刻，计算得到海面高度分布，由分布图上的闭合等值线，预报得到中尺度涡及相关动力学参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用了考虑旋转和层结的罗斯布标准模理论，得到了二维交替分布的气旋和反气旋涡的海表高度图及其复杂时间演化规律，同时得到涡旋运动的动力学参数；本发明运算简单有效，可以预报全海盆的中尺度涡群体分布特征，同时可以预报中尺度涡的移动和演化。

附图说明

图1为本发明一种南海深海盆中尺度涡预报方法流程图；

图2为南海海盆地形图；

图3为斜压罗斯贝11-33标准模的海面分布；

图4为海盆内海面高度时间变化的频谱密度；

图5为2007年9月16-23日海面高度异常分布；

图6为t＝60d时的海面高度及涡旋。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

图1至图6为本发明一种南海深海盆中尺度涡预报方法的实施例1。

s1:根据图2所示的海盆的地理地形特征，选定矩形平底海盆中随时间变化的三维罗斯波标准模态的流函数为：

其中，

s2：根据图2所示的方框，确定南海矩形海盆长l＝1100km，宽l＝880km，中心纬度15°n，β＝2.2*10-11rad/s/m；由温盐观测可得正压罗斯贝变形半径r为4000km，一阶斜压变形半径r1为60km。

s3：将步骤s2确定的参数带入步骤(1)的模型函数，给定模态数m和n，计算得出mn模的二维海平面分布图，如图3所示。

s4：对海盆内1993-2015年的海面高度时间序列进行傅立叶频谱分析，如图4所示，得到能量峰值对应的主周期为100-120天左右，对比理论模态，确定罗斯贝模态的主模态数为1，2。

s5：对比12模的空间分布与2007年9月16-23日的海面高度分布，如图5所示，确定12模态的振幅为30cm。

s6：由12主模态，得到海面高度变化预报函数，给定未来时刻t＝60d，得到海面高度分布和涡旋，如图6所示。

本发明为解释封闭海盆卫星海表高度异常图像提供依据。在卫星高度计的海表高度异常图上，独立的高(低)中心类似于反气旋(气旋)涡，交替的高低中心由rossby正则模态组成。基于海表高度异常图的二维海平面图，可以确定正则模态的类型。检验了23年的海表高度异常图，我们发现在主要情况下，海表高度异常图显示了多模态叠加的特征，而次要情况则表现为单模态主导。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。