基于时空案例推理的海洋中尺度涡旋过程分析与预测

在项目申请者前期研究成果基础上，运用地理案例推理、粗糙集和物理海洋学等理论研究海洋涡旋过程的定量分析与预测。此研究能够有效地描述和揭示海洋涡旋过程的演化规律，进行时空过程的建模与推理，为当前案例推理的时空应用问题提供有效地解决方案，同时为物理海洋领域进行动力过程的预测提供新方法和技术手段。具体研究内容包括：（1）基于问题-地理环境-结果三元组的案例概念模型，集成GIS时空模型，进行海洋涡旋过程案例表达与建模。（2）针对地理过程案例的复杂特性，发展和建立地理时空案例推理的核心算法，包括基于粗糙集的过程案例时空关系规律抽取、时空相似性计算与推理模型。（3）以中国南海区为例进行海洋涡旋的"过程案例构建-空间推理-发掘空间分布模式"应用实验。一方面验证算法；另一方面揭示海洋涡旋动力过程的时空规律。（4）在上述研究基础上，开发海洋中尺度涡旋空间分析与预测原型系统，使之实用化。

自然基金面上项目“基于案例推理的海洋中尺度涡旋时空分析与预测”当初制定的研究计划要点为：（1）基于三元组案例概念模型，结合GIS时空数据模型，建立海洋中尺度涡旋过程案例的定量描述与表达；（2）发展和完善地理时空案例分析与推理的方法，包括基于粗糙集的过程案例时空关系规律抽取、时空相似性检索与推理模型；（3）以中国南海区域典型海洋中尺度涡旋过程为例开展涡旋过程时空分析与预报应用研究，并研发海洋中尺度涡旋过程分析与预测的原型系统，使之实用化。. 针对上述主要研究计划，经过三年的努力，取得的主要研究成果如下：（1）针对目前海洋领域比较通用的两种数据源：NLOM模式数据生成的每天一次SSH数据以及海洋高度计获取的7天一次的SLA数据，分别提出了改进的基于SSH数据的海洋中尺度涡旋识别和一种OW和SLA极值点相结合的多涡结构的识别方法，通过这两种识别方法分别对南海区2003-2011年的SSH数据和1992-2012年SLA数据进行了涡旋过程识别，并计算涡旋在某时刻的涡度、强度、能量、直径等属性信息，为海洋涡旋典型案例库的构建奠定基础。（2）基于涡旋识别的数据，通过一定的追踪方法，获取涡旋过程数据，并结合项目组以往提出的三元组案例概念模型和GIS时空演化模型提出了海洋中尺度涡旋过程的案例表达模型，完成了不同尺度的海洋涡旋典型案例的构建。（3）针对南海区的海洋涡旋过程，开展基于粗糙集的，空间聚类以及面向过程的海洋涡旋相似性分析的算法研究，一方面丰富基于案例的地理时空过程分析与推理方法，一方面针对特定的海区进行海洋中尺度涡旋时空规律的发现。（4）采用GIS领域比较通用的软件技术，基于ArcEngine把上述的海洋涡旋识别方法，时空过程案例库构建，以及基于粗糙集的时空案例关系抽取和时空相似性推理算法进行集成，形成一套较实用的海洋中尺度涡旋分析与预测原型系统