亚中尺度过程是海洋学研究的前沿热点领域,从高分辨率资料中实现亚中尺度信号的快速提取对开展亚中尺度动力学研究具有重要意义。为此,根据亚中尺度过程的物理特性,提出一种基于深度学习的自动识别方法,构建了基于U-Net网络的海洋亚中...亚中尺度过程是海洋学研究的前沿热点领域,从高分辨率资料中实现亚中尺度信号的快速提取对开展亚中尺度动力学研究具有重要意义。为此,根据亚中尺度过程的物理特性,提出一种基于深度学习的自动识别方法,构建了基于U-Net网络的海洋亚中尺度过程识别网络(submesoscale processes automatic identification network, SM-Net),该网络采用视觉几何组网络作为主干特征提取网络并引入改进的混合注意力模块以提升识别能力。基于高分辨率MITgcm (Massachusetts Institute of Technology general circulation model)模式数据,通过SM-Net准确识别出南海东北部全年的亚中尺度过程,并分类为冷涡、暖涡和锋面。南海东北部亚中尺度冷涡、暖涡和锋面均多发生于冬季,夏季的发生频率较低,但吕宋海峡的亚中尺度过程全年均较为活跃。除吕宋海峡外,亚中尺度冷涡夏季多发生于台湾岛西南海域、吕宋岛西南海域和吕宋岛沿岸,冬季多发生于南海北部陆坡陆架区;亚中尺度暖涡夏季多发生于吕宋岛沿岸,冬季在南海北部陆坡陆架区较为活跃;亚中尺度锋面的时空特征与冷涡相似,但黑潮流经区域的发生频率更高。亚中尺度过程罗斯贝数和动能的时空特征与发生频率具有较好的一致性,暖涡的动能、罗斯贝数和直径均弱于冷涡。上述识别方法在南海的成功运用,为应用SWOT (surface water and ocean topography)卫星数据研究亚中尺度过程提供了一定参考。展开更多
西北太平洋的中尺度涡活跃,这些中尺度涡源源不断地向西传播,撞击吕宋-台湾岛以东的西边界强流黑潮,显著影响着黑潮流速和路径的同时,涡旋自身的三维结构也逐渐演变并最终消亡。目前对台湾岛以东中尺度涡在与黑潮相互作用时的演变过程...西北太平洋的中尺度涡活跃,这些中尺度涡源源不断地向西传播,撞击吕宋-台湾岛以东的西边界强流黑潮,显著影响着黑潮流速和路径的同时,涡旋自身的三维结构也逐渐演变并最终消亡。目前对台湾岛以东中尺度涡在与黑潮相互作用时的演变过程已有较多研究,但对吕宋岛以东中尺度涡的演变过程及其与前者的异同尚不清楚。本文基于1993~2019年的卫星高度计数据和1/10°×1/10°分辨率的OFES(ocean general circulation model for the earth simulator)模式数据,对源自太平洋内区的中尺度涡西传撞击吕宋岛和台湾岛以东黑潮时的涡旋三维结构的演变过程进行了对比分析。结果表明,台湾岛和吕宋岛以东的中尺度涡都存在接触、变形、拉伸、耗散4个阶段。平均来讲,台湾岛以东的中尺度涡强度较强,与黑潮相互作用的时间也较长。台湾岛(吕宋岛)以东的气旋涡和反气旋涡与黑潮相互作用的时间分别为39(33)和54(24)d,即气旋涡(反气旋涡)衰减较快。在水平方向上,中尺度涡撞击台湾岛以东黑潮后逐渐变成东北-西南方向倾斜的椭圆,而在撞击吕宋岛以东黑潮后,中尺度涡椭圆主要在南北方向上拉伸。在垂直方向上,台湾岛以东的气旋涡(反气旋涡)中心随深度向西南(西北)方向倾斜,且倾斜程度随时间逐渐减小,而吕宋岛以东中尺度涡的垂向倾斜不明显。此外,在这两个研究海区,气旋涡(反气旋涡)均会导致黑潮流速的减弱(增强),并且由于黑潮急流的阻挡作用,中尺度涡都会引起黑潮两侧的海表面高度和次表层温度呈现跷跷板式的变化。展开更多
文摘亚中尺度过程是海洋学研究的前沿热点领域,从高分辨率资料中实现亚中尺度信号的快速提取对开展亚中尺度动力学研究具有重要意义。为此,根据亚中尺度过程的物理特性,提出一种基于深度学习的自动识别方法,构建了基于U-Net网络的海洋亚中尺度过程识别网络(submesoscale processes automatic identification network, SM-Net),该网络采用视觉几何组网络作为主干特征提取网络并引入改进的混合注意力模块以提升识别能力。基于高分辨率MITgcm (Massachusetts Institute of Technology general circulation model)模式数据,通过SM-Net准确识别出南海东北部全年的亚中尺度过程,并分类为冷涡、暖涡和锋面。南海东北部亚中尺度冷涡、暖涡和锋面均多发生于冬季,夏季的发生频率较低,但吕宋海峡的亚中尺度过程全年均较为活跃。除吕宋海峡外,亚中尺度冷涡夏季多发生于台湾岛西南海域、吕宋岛西南海域和吕宋岛沿岸,冬季多发生于南海北部陆坡陆架区;亚中尺度暖涡夏季多发生于吕宋岛沿岸,冬季在南海北部陆坡陆架区较为活跃;亚中尺度锋面的时空特征与冷涡相似,但黑潮流经区域的发生频率更高。亚中尺度过程罗斯贝数和动能的时空特征与发生频率具有较好的一致性,暖涡的动能、罗斯贝数和直径均弱于冷涡。上述识别方法在南海的成功运用,为应用SWOT (surface water and ocean topography)卫星数据研究亚中尺度过程提供了一定参考。
文摘西北太平洋的中尺度涡活跃,这些中尺度涡源源不断地向西传播,撞击吕宋-台湾岛以东的西边界强流黑潮,显著影响着黑潮流速和路径的同时,涡旋自身的三维结构也逐渐演变并最终消亡。目前对台湾岛以东中尺度涡在与黑潮相互作用时的演变过程已有较多研究,但对吕宋岛以东中尺度涡的演变过程及其与前者的异同尚不清楚。本文基于1993~2019年的卫星高度计数据和1/10°×1/10°分辨率的OFES(ocean general circulation model for the earth simulator)模式数据,对源自太平洋内区的中尺度涡西传撞击吕宋岛和台湾岛以东黑潮时的涡旋三维结构的演变过程进行了对比分析。结果表明,台湾岛和吕宋岛以东的中尺度涡都存在接触、变形、拉伸、耗散4个阶段。平均来讲,台湾岛以东的中尺度涡强度较强,与黑潮相互作用的时间也较长。台湾岛(吕宋岛)以东的气旋涡和反气旋涡与黑潮相互作用的时间分别为39(33)和54(24)d,即气旋涡(反气旋涡)衰减较快。在水平方向上,中尺度涡撞击台湾岛以东黑潮后逐渐变成东北-西南方向倾斜的椭圆,而在撞击吕宋岛以东黑潮后,中尺度涡椭圆主要在南北方向上拉伸。在垂直方向上,台湾岛以东的气旋涡(反气旋涡)中心随深度向西南(西北)方向倾斜,且倾斜程度随时间逐渐减小,而吕宋岛以东中尺度涡的垂向倾斜不明显。此外,在这两个研究海区,气旋涡(反气旋涡)均会导致黑潮流速的减弱(增强),并且由于黑潮急流的阻挡作用,中尺度涡都会引起黑潮两侧的海表面高度和次表层温度呈现跷跷板式的变化。
