一种ENSO事件类型划分方法技术

本发明专利技术公开了一种ENSO事件类型划分方法，属于数据挖掘和海洋科学技术领域。本发明专利技术首先获取全球海洋表面温度遥感影像产品时序数据集，提取海洋表面温度异常变化时空簇，得到海洋表面温度异常变化过程对象；然后按照尼诺空间区域范围筛选海洋表面温度异常变化过程对象，基于时空拓扑关系进行拓扑关联；接着对海洋表面温度异常变化的动态演化过程进行抽象表达；最后按照海洋表面温度异常变化的动态演化过程与尼诺分区的时空关联关系，将ENSO事件划分为CP型、EP型以及MIX型三类。该方法可解决传统方法由于仅考虑区域离散静态属性变化而造成的ENSO类型划分不一致、存在诸多争议的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种ENSO事件类型划分方法


[0001]本专利技术属于数据挖掘和海洋科学
，特别是指一种ENSO事件类型划分方法。

技术介绍

[0002]ENSO(ElSouthern Oscillation)是海气相互作用的重要指示因子之一，是厄尔尼诺事件(El)和拉尼娜事件(La)的统称，对全球气候与区域极端天气变化具有重要影响。ENSO存在多种类型表现形式，以El事件为例，存在中部型(Central Pacific，CP)、东部型(Eastern Pacific，EP)和混合型(MIX)。不同类型的ENSO事件对洪涝、干旱等极端天气的影响时间以及涉及区域存在不同影响，因此对ENSO类型的准确划分能够为区域灾害事件的监测与预警提供有效参考。
[0003]随着对地观测技术的不断发展，长时序海洋遥感影像产品数据为ENSO的监测以及类型的准确划分提供了数据基础。基于丰富的海洋环境要素遥感影像产品数据，国内外学者相继提出了多种ENSO类型的划分方法或指数，较主流的方法有基于尼诺各分区海洋表面温度异常发生的时间先后以及持续时间定义分类指数，或基于EOF分析得到的海洋表面温度异常的不同空间模式分布特征对ENSO类型进行划分。然而，由于划分标准不同，研究的区域、时段不同，研究结果也存在一定差异，更甚会出现将同一ENSO事件划分为完全不同的两种类型的情况；且面向拉尼娜事件的类型划分大都是基于厄尔尼诺事件类型划分指数或方法的直接迁移，缺乏合理性以及准确性。出现上述问题的主要原因在于现有方法大都基于海洋环境要素(如海洋表面温度)区域异常变化的离散静态属性特征，缺乏对ENSO连续动态演化特性的考虑。因此，如何以现有海洋遥感产品数据为基础，解决现有划分方法或指数存在的问题，实现对ENSO类型的较准确、较合理划分是一项至关重要而又亟待解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服由于仅考虑海洋环境要素静态区域属性离散特征变化进行ENSO类型划分所造成不准确的难题，提出了一种ENSO事件类型划分方法，该方法基于海洋表面温度异常变化动态演化过程特征的挖掘，可实现ENSO演变类型的准确划分。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种ENSO事件类型划分方法，包括以下步骤：
[0007](1)当接收到对ENSO事件类型进行划分的请求时，获取全球海洋表面温度遥感影像产品时序数据集，并提前设定提取海洋表面温度异常变化过程对象的限制条件，包括时空扫描窗口的空间邻近域、时间窗口、专题属性相似性阈值、聚簇核阈值；
[0008](2)基于海洋表面温度遥感影像产品数据集，通过时空双约束海洋聚类挖掘模型获取海洋表面温度异常变化时空聚簇，将海洋表面温度异常变化时空聚簇所包含的多个空间状态对象进行矢量化处理，实现海洋表面温度异常变化过程对象的提取；
[0009](3)按照尼诺分区的空间范围，筛选出所包含空间状态对象空间范围的并集与尼
诺分区存在拓扑相交关系的海洋表面温度异常变化过程对象；
[0010](4)针对筛选出的海洋表面温度异常变化过程对象，按照时空拓扑关系对其所包含的多个空间状态对象进行关联，并通过空间状态对象的质心进行连接，抽取海洋表面温度异常变化过程对象的动态运动轨迹；
[0011](5)从海洋表面温度异常变化过程对象的动态运动轨迹中提取起始、消亡以及发生复杂演化行为的轨迹点，其中复杂演化行为包括合并、分裂以及合并分裂三种，由时间顺序按照“起始
→
发生复杂演化行为
→
消亡”的表达模型对海洋表面温度异常变化过程对象的动态演化过程进行抽象表达；
[0012](6)基于海洋表面温度异常变化过程对象的专题属性对其所对应的厄尔尼诺事件或拉尼娜事件进行区分，即异常高值对应厄尔尼诺事件，异常低值对应拉尼娜事件；按照海洋表面温度异常变化过程对象抽象化后的动态演化过程与尼诺分区的时空关联关系，将厄尔尼诺事件和拉尼娜事件划分为中部型、东部型以及混合型三类。
[0013]进一步的，步骤(2)包括如下步骤：
[0014](201)利用标准化月均距平算法去除海洋表面温度遥感影像产品时序数据集中的季节模式，生成海洋表面温度异常时序数据集；
[0015](202)按照空间邻近域、时间窗口两参数构建以当前栅格单元为中心的立方体，以该立方体作为时空邻域扫描窗口，此基础上，基于密度聚类方法，利用专题属性相似性阈值和聚簇核阈值定义时空可达、时空相连、时空聚簇核心，对海洋表面温度异常时序数据集中每个栅格单元进行时空邻域构建，并全局搜索提取时空聚簇核心，得到时空聚簇核心集合；
[0016](203)在时空聚簇核心集合中选取一个未被访问的时空聚簇核心，并分配聚簇ID，将满足与此时空聚簇核心时空可达的栅格单元添加到时空聚簇核心集合中，并标记相同的聚簇ID；
[0017](204)添加与时空聚簇核心集合满足时空相连的栅格单元，对时空聚簇核心集合进行扩展，并不断更新时空聚簇核心集合的专题属性均值；
[0018](205)重复步骤(204)，直到没有满足时空相连的栅格单元再加入到聚簇集合中，完成时空聚簇核心集合的聚类，对其中所包含的栅格单元不再进行处理，标记聚类ID，并设置为已被访问；
[0019](206)重复步骤(203)
‑
(205)，直到海洋表面温度异常时序数据集中的全部数据均被处理，即，每个栅格数据均被聚类或被标记为噪声，然后输出海洋表面温度异常变化时空聚簇；
[0020](207)遍历每个海洋表面温度异常变化时空聚簇，将其包含的每个空间栅格连通区域转换为空间矢量面对象，标记为空间状态对象，计算并添加每个空间状态对象的空间特征、时间特征、专题属性特征以及行为属性特征；其中，每个空间状态对象的空间特征为质心位置，时间特征为所在时刻，专题属性特征为异常高值或异常低值。
[0021]进一步的，步骤(5)包括如下步骤：
[0022](501)按照海洋表面温度异常变化过程对象的动态运动轨迹中前后轨迹点间的连接关系，对轨迹中行为属性为“起始”、“消亡”、以及“复杂演化行为”的轨迹点进行标记；其中，行为属性为“起始”的轨迹点的时间属性为整个轨迹中最早，且不存在前一时刻的轨迹点与之连接；行为属性为“消亡”的轨迹点的时间属性为整个轨迹中最晚，且不存在后一时
刻的轨迹点与之连接；行为属性为“复杂演化行为”的轨迹点至少存在前一或后一时刻的多个轨迹点与之连接，若其不存在前一时刻的轨迹点与之连接，只存在后一时刻的多个轨迹点连接则仍标记为“起始”，若其不存在后一时刻的轨迹点与之连接，只存在前一时刻的多个轨迹点连接则仍标记其为“消亡”；
[0023](502)提取海洋表面温度异常变化过程对象的动态运动轨迹中行为属性标记为“起始”、“消亡”以及“复杂演化行为”的轨迹点，基于时间先后顺序对海洋表面温度异常变化过程对象的动态演化进行抽象表达。
[0024]进一步的，步骤(6)中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ENSO事件类型划分方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）当接收到对ENSO事件类型进行划分的请求时，获取全球海洋表面温度遥感影像产品时序数据集，并提前设定提取海洋表面温度异常变化过程对象的限制条件，包括时空扫描窗口的空间邻近域、时间窗口、专题属性相似性阈值、聚簇核阈值；（2）基于海洋表面温度遥感影像产品数据集，通过时空双约束海洋聚类挖掘模型获取海洋表面温度异常变化时空聚簇，将海洋表面温度异常变化时空聚簇所包含的多个空间状态对象进行矢量化处理，实现海洋表面温度异常变化过程对象的提取；（3）按照尼诺分区的空间范围，筛选出所包含空间状态对象空间范围的并集与尼诺分区存在拓扑相交关系的海洋表面温度异常变化过程对象；（4）针对筛选出的海洋表面温度异常变化过程对象，按照时空拓扑关系对其所包含的多个空间状态对象进行关联，并通过空间状态对象的质心进行连接，抽取海洋表面温度异常变化过程对象的动态运动轨迹；（5）从海洋表面温度异常变化过程对象的动态运动轨迹中提取起始、消亡以及发生复杂演化行为的轨迹点，其中复杂演化行为包括合并、分裂以及合并分裂三种，由时间顺序按照“起始
→
发生复杂演化行为
→
消亡”的表达模型对海洋表面温度异常变化过程对象的动态演化过程进行抽象表达；（6）基于海洋表面温度异常变化过程对象的专题属性对其所对应的厄尔尼诺事件或拉尼娜事件进行区分，即异常高值对应厄尔尼诺事件，异常低值对应拉尼娜事件；按照海洋表面温度异常变化过程对象抽象化后的动态演化过程与尼诺分区的时空关联关系，将厄尔尼诺事件和拉尼娜事件划分为中部型、东部型以及混合型三类。2.根据权利要求1所述的一种ENSO事件类型划分方法，其特征在于，步骤（2）包括如下步骤：（201）利用标准化月均距平算法去除海洋表面温度遥感影像产品时序数据集中的季节模式，生成海洋表面温度异常时序数据集；（202）按照空间邻近域、时间窗口两参数构建以当前栅格单元为中心的立方体，以该立方体作为时空邻域扫描窗口，此基础上，基于密度聚类方法，利用专题属性相似性阈值和聚簇核阈值定义时空可达、时空相连、时空聚簇核心，对海洋表面温度异常时序数据集中每个栅格单元进行时空邻域构建，并全局搜索提取时空聚簇核心，得到时空聚簇核心集合；（203）在时空聚簇核心集合中选取一个未被访问的时空聚簇核心，并分配聚簇ID，将满足与此时空聚簇核心时空可达的栅格单元添加到时空聚簇核心集合中，并标记相同的聚簇ID；（204）添加与时空聚簇核心集合满足时空相连的栅格单元，对时空聚簇核心集合进行扩展，并不断更新时空聚簇核心集合的专题属性均值；（205）重复步骤（204），直到没有满足时空相连的栅格单元再加入到聚簇集合中，完成时空聚簇核心集合的聚类，对其中所包含的栅格单元不再进行处理，标记聚类ID，并设置为已被访问；（206）重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬一，薛存金，陈金勇，高峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：