南海中尺度涡数据融合研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025039

山东科学 ›› 2025, Vol. 38 ›› Issue (3): 99-108.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.2025039

南海中尺度涡数据融合研究

史朕嘉¹(), 郝增周¹^,²^,³^,^*(), 厉运周²^,³^,⁴, 叶枫¹, 黄海清¹^,³, 潘德炉¹^,³

1.自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境监测预警全国重点实验室,浙江杭州 310012
2.齐鲁工业大学(山东省科学院) 海洋仪器仪表研究所,山东青岛 266061
3.山东省科学院山东省院士工作站,山东济南 250014
4.崂山实验室,山东青岛 266237

收稿日期:2025-04-14 出版日期:2025-06-20 发布日期:2025-06-26
通信作者: 郝增周 E-mail:shizhenjia1999@foxmail.com;hzyx80@sio.org.cn
作者简介:史朕嘉(1999—),男,硕士研究生,研究方向为海洋中尺度涡现象。E-mail:shizhenjia1999@foxmail.com
基金资助:
国家重点研发计划(2021YFC3101602);国家重点研发计划(2022YFC3104200);山东省重点研发计划(2023ZLYS01)

Fusion of mesoscale eddy data for the South China Sea

SHI Zhenjia¹(), HAO Zengzhou¹^,²^,³^,^*(), LI Yunzhou²^,³^,⁴, YE Feng¹, HUANG Haiqing¹^,³, PAN Delu¹^,³

1. State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics, Second Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Hangzhou 310012, China
2. Institute of Oceanographic Instrumentation, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Qingdao 266061, China
3. Shandong Provincial Academician Workstation, Shandong Academy of Sciences, Jinan 250014, China
4. Laoshan Laboratory, Qingdao 266237,China

Received:2025-04-14 Online:2025-06-20 Published:2025-06-26
Contact: HAO Zengzhou E-mail:shizhenjia1999@foxmail.com;hzyx80@sio.org.cn

摘要/Abstract

摘要：

中尺度涡在海洋中无处不在,其对海洋能量传输和物质运输发挥着关键作用,目前常见的中尺度涡观测方式主要有卫星遥感和浮标示踪两类,不同观测方式具备不同的观测角度及尺度,因此形成的中尺度信息标准不一、各有特点。该文基于不同来源的三套中尺度涡数据集,提出一种两次融合策略,生成了一套南海中尺度涡融合数据,并分析了2014—2018年南海中尺度涡中心空间分布情况。结果表明,融合数据有效地解决了单一观测方式获得的中尺度涡信息存在的过度识别、漏判、误判等问题,能更好地体现出南海区域中尺度涡空间分布广泛、气旋涡与反气旋涡显著局部聚集、气旋涡与反气旋涡分区明显等特点。南海中尺度涡融合数据可以为跟踪中尺度涡轨迹、推演中尺度涡三维结构、理解海洋中尺度现象及环流等研究提供可靠的数据支撑。

关键词: 中尺度涡, 南海, 海面高度异常, 卫星遥感, 浮标

Abstract:

Mesoscale eddies are ubiquitous in the ocean and play a key role in the transport of oceanic energy and matter. Current observation methods for mesoscale eddies includesatellite remote sensing, buoy tracking, and research vessel surveys. Each of these methods offer sdistinct scales and perspectives, resulting in varying mesoscale information standards and characteristics.Based on three mesoscale eddy datasets obtained using different methods, this study proposes a two-stage fusion strategy to generatea fused mesoscale eddy dataset for the South China Sea. Moreover,it analyzes the spatial distribution of mesoscale eddy centers in the South China Sea from 2014 to 2018.Results reveal that the fused dataset effectively mitigates issues such as over identification, omission, and misidentification found in single-source observations. Additionally, the fused dataset accurately reflects the wide spread spatial distribution of mesoscale eddies in the South China Sea, the substantial local aggregation of cyclonic and anticyclonic eddies, and clear partitioning between cyclonic and anticyclonic eddies. Furthermore, the fused dataset for the South can offerreliable data support for studies related totrajectory tracking of mesoscale eddies, inferring their three-dimensional structures, and understanding mesoscale oceanic phenomena and circulation.

Key words: mesoscale eddies, the South China Sea, sea level anomaly, satellite remote sensing, buoy tracking

中图分类号:

P731.21

史朕嘉, 郝增周, 厉运周, 叶枫, 黄海清, 潘德炉. 南海中尺度涡数据融合研究[J]. 山东科学, 2025, 38(3): 99-108.

SHI Zhenjia, HAO Zengzhou, LI Yunzhou, YE Feng, HUANG Haiqing, PAN Delu. Fusion of mesoscale eddy data for the South China Sea[J]. Shandong Science, 2025, 38(3): 99-108.

图/表 8

表1

图1

表2

图2

图3

图4

图5

图6

参考文献 26

[1]	TANSLEY C E, MARSHALL D P. Flow past a cylinder on a β Plane, with application to gulf stream separation and the Antarctic circumpolar current[J]. Journal of Physical Oceanography, 2001, 31(11): 3274-3283. DOI:10.1175/1520-0485(2001)0313274:fpacoa>2.0.co;2.
[2]	CHELTON D B, SCHLAX M G, SAMELSON R M, et al. Global observations of large oceanic eddies[J]. Geophysical Research Letters, 2007, 34(15): 2007GL030812. DOI:10.1029/2007gl030812.
[3]	WILLIAMS R G, FOLLOWS M J. Physical transport of nutrients and the maintenance of biological production[M]// Ocean Biogeochemistry:The Role of the Ocean Carbon Cycle in Global Change. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2003: 19-51. DOI:10.1007/978-3-642-55844-3_3.
[4]	MCWILLIAMS J C. The nature and consequences of oceanic eddies[J]. Geophysical Monograph Series, 2008, 177: 5-15. DOI:10.1029/177GM03.
[5]	OSCHLIES A, GARÇON V. Eddy-induced enhancement of primary production in a model of the North Atlantic Ocean[J]. Nature, 1998, 394(6690): 266-269. DOI:10.1038/28373.
[6]	GRUBER N, LACHKAR Z, FRENZEL H, et al. Eddy-induced reduction of biological production in eastern boundary upwelling systems[J]. Nature Geoscience, 2011, 4(11): 787-792. DOI:10.1038/ngeo1273.
[7]	FRENGER I, GRUBER N, KNUTTI R, et al. Imprint of Southern Ocean eddies on winds, clouds and rainfall[J]. Nature Geoscience, 2013, 6(8): 608-612. DOI:10.1038/ngeo1863.
[8]	DONG C M, MCWILLIAMS J C, LIU Y, et al. Global heat and salt transports by eddy movement[J]. Nature Communications, 2014, 5: 3294. DOI:10.1038/ncomms4294.
[9]	许可, 蒋茂飞. 海洋卫星雷达测高技术进展[J]. 空间科学学报, 2023, 43(6): 1036-1057. DOI:10.11728/cjss2023.06.2023-06-yg14.
[10]	NENCIOLI F, DONG C M, DICKEY T, et al. A vector geometry-based eddy detection algorithm and its application to a high-resolution numerical model product and high-frequency radar surface velocities in the southern California bight[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2010, 27(3): 564-579. DOI:10.1175/2009jtecho725.1.
[11]	OKUBO A. Horizontal dispersion of floatable particles in the vicinity of velocity singularities such as convergences[J]. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 1970, 17(3): 445-454. DOI:10.1016/0011-7471(70)90059-8.
[12]	ARI SADARJOEN I, POST F H. Detection, quantification, and tracking of vortices using streamline geometry[J]. Computers & Graphics, 2000, 24(3): 333-341. DOI:10.1016/S0097-8493(00)00029-7.
[13]	朱金彤, 范陈清, 万勇, 等. 基于AVISO卫星测高数据的海洋中尺度涡识别算法对比分析[J]. 海洋技术学报, 2025, 44(2):1-14.
[14]	LIU T Y, ABERNATHEY R. A global Lagrangian eddy dataset based on satellite altimetry[J]. Earth System Science Data, 2023, 15(4): 1765-1778. DOI:10.5194/essd-15-1765-2023.
[15]	WANG G H, SU J L, CHU P C. Mesoscale eddies in the South China Sea observed with altimeter data[J]. Geophysical Research Letters, 2003, 30(21): 2003GL018532. DOI:10.1029/2003gl018532.
[16]	林鹏飞, 王凡, 陈永利, 等. 南海中尺度涡的时空变化规律Ⅰ.统计特征分析[J]. 海洋学报, 2007, 29(3): 14-22. DOI:10.3321/j.issn:0253-4193.2007.03.002.
[17]	XIU P, CHAI F, SHI L, et al. A census of eddy activities in the South China Sea during 1993—2007[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2010, 115(C3): 2009JC005657. DOI:10.1029/2009jc005657.
[18]	CHEN G X, HOU Y J, CHU X Q. Mesoscale eddies in the South China Sea: Mean properties, spatiotemporal variability, and impact on thermohaline structure[J]. Journal of Geophysical Research (Oceans), 2011, 116(C6): C06018. DOI:10.1029/2010JC006716.
[19]	白志鹏, 韩君, 郭贤鹏, 等. 基于CORA2再分析数据的南海中尺度涡时空分布特征初步研究[J]. 海洋预报, 2020, 37(2): 73-83.
[20]	曾伟强, 张书文, 马永贵, 等. 1993—2017年南海中尺度涡特征分析[J]. 广东海洋大学学报, 2019, 39(5):11.DOI:10.3969/j.issn.1673-9159.2019.05.014.
[21]	钟江璐, 马超. 南海中尺度涡时空特征分析[J/OL]. 海洋湖沼通报(中英文),1-10[2025-03-29]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/37.1141.P.20250103.1437.004.html.
[22]	张舒妍, 裘是, 郭佳祺, 等. 南海西南海域中尺度涡传播特征分析[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2024, 54(6): 1-10. DOI:10.16441/j.cnki.hdxb.20230067.
[23]	邹童, 徐勤博, 周春, 等. 南海中尺度涡对深层流调控作用的个例研究[J]. 海洋与湖沼, 2022, 53(6): 1299-1310. DOI:10.11693/hyhz20220200029.
[24]	PEGLIASCO C, DELEPOULLE A, MASON E, et al. META3.1exp: A new global mesoscale eddy trajectory atlas derived from altimetry[J]. Earth System Science Data, 2022, 14(3): 1087-1107. DOI:10.5194/essd-14-1087-2022.
[25]	YANG Y, ZENG L, WANG Q. Assessment of global eddies from satellite data by a scale-selective eddy identification algorithm (SEIA)[J]. Clim Dyn, 2024, 62(2): 881-894.DOI:10.1007/s00382-023-06946-w.
[26]	高淑敏, 韩树宗, 倪煜淮, 等. 西北太平洋黑潮水入侵南海的路径、成因及影响[J]. 海洋湖沼通报, 2023, 45(5):163-172.DOI:10.13984/j.cnki.cn37-1141.2023.05.021.

数据集名称	作者	时间范围	识别数据源	时(空)分辨率	中尺度涡类型
META	Pegliasco C等	1993—2022	ADT	1 d(0.01°)	欧拉涡旋
南海中尺度涡数据集	Yang等	1993—2023	SLA	1 d(0.25°)	欧拉涡旋
GLED	Liu等	1993—2018	浮标轨迹	10 d(数米)	拉格朗日涡旋
Dong	Dong等	1993—2020	SST	1 d(0.25°)	欧拉涡旋
GEM-M	Li等	1993—2019	SLA	1 d(0.25°)	欧拉涡旋

数据集	总数	CE总数	AE涡总数	总年变化率	CE年变化率	AE年变化率
META	476 876	246 174	230 702	2.10%	2.94%	2.17%
南海中尺度涡数据集	170 775	84 061	86 714	5.71%	3.91%	9.22%
GLED	12 943	6 456	6 487	9.43%	13.53%	12.77%

南海中尺度涡数据融合研究

Fusion of mesoscale eddy data for the South China Sea

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 26

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

[1]	厉运周, 周茂盛, 朱琳, 禹定峰, 郝增周, 李民, 王军成, 潘德炉. 基于海洋浮标数据的卫星散射计海面风场真实性检验[J]. 山东科学, 2025, 38(3): 1-13.
[2]	范乾毅, 刘芳媛, 纪泽禄, 卞晓东, 禹定峰, 赵歆祺. 基于GEE的黄河口及邻近海域悬浮泥沙质量浓度时空演变及趋势分析[J]. 山东科学, 2025, 38(3): 51-63.
[3]	吴云清, 陶雨婷, 张云鹏, 马静. 基于DMSP/OLS数据的全国空气污染物时空演变研究[J]. 山东科学, 2020, 33(2): 97-105.
[4]	王军成, 厉运周. 我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J]. 山东科学, 2019, 32(5): 1-20.
[5]	张大海，齐亮，丁圆强，姜涛，郑凯，姚抒均. 基于LabVIEW与SQL server设计的浮标电源远程管理系统[J]. 山东科学, 2018, 31(5): 7-13.
[6]	刘野，丁圆强，赵环宇，柴辉，赵强，徐宇柘，姜峰. 大型海洋资料浮标波浪能供电装置数值模拟研究[J]. 山东科学, 2017, 30(6): 6-14.
[7]	王华洁，孙金伟，邵萌，范秀涛. 频域内海洋资料浮标垂荡运动特性研究[J]. 山东科学, 2016, 29(6): 1-.
[8]	赵环宇，孙金伟，范秀涛，郭发东，张继明，柴辉. 海洋资料浮标波能供电装置数值模拟研究[J]. 山东科学, 2016, 29(6): 9-18.
[9]	张继明，范秀涛，赵强，李选群，郑珊珊. 频域内海洋资料浮标水动力特性的仿真研究[J]. 山东科学, 2015, 28(4): 8-13.
[10]	郑珊珊,孙金伟,齐勇,范秀涛,付晓. SBF3-2型测波浮标载体结构设计[J]. 山东科学, 2015, 28(2): 11-17.
[11]	王文彦，李文庆，王晓燕，王波. 数据压缩技术在海洋资料浮标通信系统中的应用[J]. 山东科学, 2015, 28(2): 1-5.
[12]	郭发东，刘海丰，李麟，李选群，李民，刘世萱，李效东. 海洋监测浮标上的3G无线视频监控系统设计[J]. 山东科学, 2014, 27(5): 93-97.
[13]	齐勇，刘世萱，苗斌，张可可，郑珊珊，张继明，林航，张友权，刘建军. 基于敏感测温点的浮标舱温监测系统设计[J]. J4, 2014, 27(3): 84-87.
[14]	张继明，范秀涛，张树刚，万晓正，孙金伟. 海洋资料浮标锚泊系统的系泊力计算[J]. J4, 2014, 27(2): 19-24.
[15]	李文庆，付晓，王文彦，裴亮. 北斗二代卫星导航系统在海洋资料浮标监控与管理中的应用[J]. J4, 2012, 25(6): 21-26.