平面向量場(chǎng)源、匯特征檢測(cè)及可視化研究.pdf

1、海洋中的特征結(jié)構(gòu)不僅能對(duì)海洋的細(xì)微結(jié)構(gòu)和大、中尺度海洋現(xiàn)象的產(chǎn)生、演化及動(dòng)力機(jī)制發(fā)生重大影響，本身就具有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和軍事上的特殊含義。例如，海洋上的源、匯是一種不穩(wěn)定的海流運(yùn)動(dòng)，會(huì)給海洋生物和海洋漁業(yè)造成很?chē)?yán)重的破環(huán)，對(duì)船運(yùn)也會(huì)造成巨大的影響，所以研究源、匯、渦旋等海洋流場(chǎng)特征的可視化有著重大的意義和科學(xué)價(jià)值。 當(dāng)海洋流的旋轉(zhuǎn)和幅散運(yùn)動(dòng)較小，以至于被它的恒向定常運(yùn)動(dòng)掩蓋時(shí)，流內(nèi)的重要特征如源、匯等就很難從流線上得到反映。為了在這

2、種情況下也能成功地檢出源和匯，或者在一般情況下能更清晰地可視化源和匯，本文首先對(duì)海洋流場(chǎng)進(jìn)行向量場(chǎng)分解得到散度場(chǎng)(無(wú)旋場(chǎng))，由于散度場(chǎng)中僅有源、匯為流場(chǎng)的主要特征，剔除了其他次要特征，故重點(diǎn)研究散度場(chǎng)，即在分解后的場(chǎng)中對(duì)流場(chǎng)特征進(jìn)行可視化，使對(duì)其散度特征的提取具有更高的敏感度，然后通過(guò)對(duì)散度場(chǎng)特征(源、匯)的可視化來(lái)驗(yàn)證向量場(chǎng)分解算法理論對(duì)于海洋流場(chǎng)特征檢測(cè)的適用性。 封閉流線和分割線是流場(chǎng)中兩種不同流體行為的分界線，是非常重要

3、的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征。因?yàn)榉忾]流線內(nèi)外和分割線兩側(cè)分別是不同的流體特征，可以通過(guò)檢測(cè)封閉流線和分割線來(lái)辨別流場(chǎng)典型特征如源、匯等的區(qū)域范圍。為了更全面的展現(xiàn)流場(chǎng)中源、匯的信息從而取得更好的可視化效果，快速準(zhǔn)確地定位封閉流線和分割線成為基于特征可視化對(duì)海洋流場(chǎng)源、匯特征檢測(cè)的重要研究?jī)?nèi)容。 針對(duì)封閉流線和分割線的檢出，本文在2001年Wischgoll和Scheuermann檢測(cè)封閉流線算法的基礎(chǔ)上，提出了基于動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中Conley指

4、標(biāo)理論的Morse分解檢測(cè)封閉流線的新方法，通過(guò)對(duì)拓?fù)鋵W(xué)中孤立不變集的研究，經(jīng)過(guò)三角剖分和單元合并，取得了更好的效果，能夠檢測(cè)出Wischgoll算法漏檢的封閉流線，同時(shí)也提高了算法的效率，本文將算法應(yīng)用于實(shí)際的海洋數(shù)據(jù)集，驗(yàn)證了算法的有效性。 為了體現(xiàn)封閉流線和分割線的快速檢出在海洋流場(chǎng)源、匯特征檢測(cè)中能夠更全面地展現(xiàn)流場(chǎng)信息，本文將基于Conley指標(biāo)理論的Morse分解檢測(cè)封閉流線的新方法應(yīng)用于對(duì)海洋流場(chǎng)特征源、匯的檢測(cè)及