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中尺度涡追踪识别实验指导书

实验目的和要求

目的：

熟练掌握Matlab编程软件，了解中尺度涡表面分布特征，能够根据要求编写程序，撰写实验报告。

要求：

1.实验采取分组形式，5人一组。

2.小组讨论确定实验方案，编写程序绘图，撰写实验报告，制作PPT汇报。实验报告和现场汇报作为平时成绩计入最终成绩。

实验内容和原理

图SEQ图\*ARABIC1中尺度暖涡示意图。

项目采用闭合等值线法确定涡旋。海表面高度异常（SeaSurfaceHeightAnomaly，SSHA）闭合等值线法的基本原理是涡旋的几何特征。反气旋涡能够引起海表海水幅聚，涡旋中心海水比周围高，而气旋涡引起海表海水辐散，涡旋中心海水比周围低，几何形状都类似于圆锥体。所采用的识别追踪方法有以下判定准则：

a）组成涡旋的格点区域里要有极大值（反气旋涡）或者极小值（气旋涡），同时将最大值（反气旋涡）或者最小值（气旋涡）所处的位置作为涡旋中心位置；

b）最外围要有闭合等值线；

c）涡旋振幅（也就是涡旋极值跟最外围的等值线的高度差）要大于1cm，主要是考虑到二岛链以西副热带逆流区中尺度涡振幅较小；

d）组成涡旋的格点至少要有9个，主要是为了去掉半径过小的涡旋，同时涡旋半径采取从涡旋中心向东、西、南、北及东南、东北、西南、西北等八个方向上取平均值的方法得到；

e）追踪时涡旋的生命周期不得小于4周。

实验项目

中尺度涡表观追踪识别

实验器材

操作软件：Matlab软件

数据：卫星高度计、涡旋数据集、Argo浮标数据

操作方法和实验步骤

1.数据下载

（1）Argo浮标数据

Argo浮标起源于自沉浮式的拉格朗日环流剖面浮标(AutonomousLagrangianCirculationExplorer)，是一种具有自动沉浮、观测、数据传输等功能的新型海洋浮标。黑潮延续体区域是整个北太平洋中尺度涡旋活动最强烈的海域，每时每刻都存在着新涡旋的生成与旧涡旋的消亡。这种海洋中的强“天气尺度”现象对其内部及周边的海洋要素无论是在水平方向还是垂直方向上都造成了显著的影响。为了迅速、精准、广泛的记录全球海洋上层0-2000米深度范围内的海水温盐和浮标移动轨迹等数据，国际Argo计划在1998年被正式提出，1999年世界海洋观测大会对Argo计划表示认可。伴随着Argo计划的推行，在黑潮延续体区域积累了大量的Argo浮标资料，为结合卫星高度计观测海表面高度异常研究中尺度涡旋的三维结构以及涡旋对混合层深度、地转流、浮性频率等众多海洋要素的影响提供了实测数据。

Argo浮标是近年来在海洋研究中应用广泛的测量海洋数据的平台，Argo浮标系统工作时，会下潜到一定深度，然后随着海洋流动而移动，在移动的过程中，测量海洋的温度，盐度，深度等，每隔十天左右传回一组数据。自从国际Argo计划的推出以来，每年可提供十万个海洋剖面数据，近年来，这个数值还在一直增长。

Argo浮标数据收集自法国海洋开发研究所发布的Argo剖面数据文件（网址：ftp://ftp.ifremer.fr/ifremer/argo/），这些数据由国际Argo计划和各国Argo数据汇集中心制作并公开发布。选取的Argo浮标数据是以日期为单位进行存储的netcdf文件，与卫星高度计数据的时间范围相同，都是从2004年的1月1日一直到2018年1月18日，跨度13年。

（2）SLA卫星高度计涡旋数据集

利用SLA海表面高度计观测识别得到的中尺度涡旋数据集，该数据集包含全球海洋上的两颗卫星AVISO地图上的涡旋图集，时间跨度从1993年1月1日至2018年1月18日，共计观测涡旋数据。数据集中包含了所有识别得到的中尺度涡的观测日期、振幅、经纬度位置、边界、转动速度、站点编号、运动轨迹和流动方向等要素，其中半径为与沿着涡旋边界平均旋转速度最大的闭合等值线有同等面积的圆半径。定义Argo剖面观测日期与中尺度涡的观测时间间隔前后不超过3.5天，并且处于中尺度涡1倍有效半径以内的剖面作为中尺度涡内部范围的剖面，其余的剖面中位于中尺度涡1-2倍有效半径范围内的剖面为涡旋外部剖面，即中尺度涡对该剖面不造成影响，以此外部剖面作为背景场。

2.程序编写

（1）涡旋选取

clc;clear

file=eddy_trajectory_2.0exp20180118.nc;

%ncdisp(file)

amplitude=ncread(file,amplitude);

cyclonic_type=ncread(file,cyclonic_type);

latitude=ncread(file,latitude);

longitude=ncread(file,long