平面向量場源、匯特征檢測及可視化研究.pdf

1、海洋中的特征結構不僅能對海洋的細微結構和大、中尺度海洋現(xiàn)象的產生、演化及動力機制發(fā)生重大影響，本身就具有經濟、社會和軍事上的特殊含義。例如，海洋上的源、匯是一種不穩(wěn)定的海流運動，會給海洋生物和海洋漁業(yè)造成很嚴重的破環(huán)，對船運也會造成巨大的影響，所以研究源、匯、渦旋等海洋流場特征的可視化有著重大的意義和科學價值。 當海洋流的旋轉和幅散運動較小，以至于被它的恒向定常運動掩蓋時，流內的重要特征如源、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，本文首先對海洋流場進行向量場分解得到散度場(無旋場)，由于散度場中僅有源、匯為流場的主要特征，剔除了其他次要特征，故重點研究散度場，即在分解后的場中對流場特征進行可視化，使對其散度特征的提取具有更高的敏感度，然后通過對散度場特征(源、匯)的可視化來驗證向量場分解算法理論對于海洋流場特征檢測的適用性。 封閉流線和分割線是流場中兩種不同流體行為的分界線，是非常重要

3、的拓撲結構特征。因為封閉流線內外和分割線兩側分別是不同的流體特征，可以通過檢測封閉流線和分割線來辨別流場典型特征如源、匯等的區(qū)域范圍。為了更全面的展現(xiàn)流場中源、匯的信息從而取得更好的可視化效果，快速準確地定位封閉流線和分割線成為基于特征可視化對海洋流場源、匯特征檢測的重要研究內容。 針對封閉流線和分割線的檢出，本文在2001年Wischgoll和Scheuermann檢測封閉流線算法的基礎上，提出了基于動力學系統(tǒng)中Conley指

4、標理論的Morse分解檢測封閉流線的新方法，通過對拓撲學中孤立不變集的研究，經過三角剖分和單元合并，取得了更好的效果，能夠檢測出Wischgoll算法漏檢的封閉流線，同時也提高了算法的效率，本文將算法應用于實際的海洋數據集，驗證了算法的有效性。 為了體現(xiàn)封閉流線和分割線的快速檢出在海洋流場源、匯特征檢測中能夠更全面地展現(xiàn)流場信息，本文將基于Conley指標理論的Morse分解檢測封閉流線的新方法應用于對海洋流場特征源、匯的檢測及