Identifying Lagrangian fronts with favourable fishery conditions
海洋中的拉格朗日锋（LF）描绘了具有不同拉格朗日性质的地表水之间的边界。通过计算合成示踪剂和其他拉格朗日指标漂移的天气图，可以在给定的速度场中准确地检测到它们。利用俄罗斯在世界渔业资源最丰富的西北太平洋地区的几个商业性渔业季节的船舶渔获量和位置资料，统计表明，秋刀鱼最大渔获量的渔场不是随机分布的，而是主要分布在产鱼量大的俄亥俄海流冷水区、大豆海流南支暖水区、和暖心黑潮环的水域汇合对第一次和第二次Oyashio入侵年份的高度地转速度场计算表明，尽管海洋条件不同，LF位置可能是潜在渔场的良好指标。秋刀鱼聚集在LF附近的可能原因进行了讨论。我们提出了一种机制，有效的营养丰富的水的基础上拉伸的材料线在海洋中的双曲线物体附近的出口。所提出的方法是在任意流速场中识别低频成分，具有较强的通用性，可应用于不同海域和大洋中其他中上层鱼类潜在渔场的预报。
2013-06-20 nlin.CD physics.ao-ph
Lagrangian betweenness as a measure of bottlenecks in dynamical systems with oceanographic examples
对网络中连接模式的研究为从神经科学到传染病传播或气候等不同领域带来了新的见解。在这种情况下，介数中心性已被证明是一个非常有效的措施，以确定节点作为拥塞的焦点，或瓶颈，在网络中。然而，没有一种方法可以在网络框架之外定义介数。通过分析连接动力系统和网络理论，我们提供了一个基于概率的介数，称为拉格朗日介数，作为李雅普诺夫指数的函数制定。这将介数的概念扩展到了网络理论的范围之外，将任何动力系统中的双曲点和异宿连接与与其相关的网络的结构瓶颈联系起来。使用建模和观测速度场，我们表明，这种瓶颈是存在的，令人惊讶的是，在不同的空间海洋环流持久-时间尺度，我们说明了这些地区的作用，在推动流体输送在广阔的海洋区域。通过对太平洋黑潮区浮游生物丰度数据的分析，发现多样性和介数指标之间存在显著的空间相关性，这为生态学应用提供了依据。
2021-07-22 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.ao-ph
Nonlinear Hamiltonian dynamics of Lagrangian transport and mixing in the ocean
采用动力系统理论的方法，对被动粒子（水团、温度、盐度、污染物等）的输运和混合进行了数值研究。在简单的运动学海洋模式组成的主要欧拉相干结构在一个随机波动的海洋-喷流和涡流。作为混沌粒子散射和输运的一个例子，分析了被动示踪剂在由背景流和涡旋组成的湍流驱动流中的平流（该模型的灵感来自海洋和大气中山脉上空的地形涡旋现象）。数值分析揭示了一个nonattracting混沌不变集$Λ$，确定散射和捕获的颗粒从传入的流。结果表明，无论是在混合区的颗粒捕获时间和他们的轨迹的次数周围的旋涡缠绕作为初始粒子的坐标的函数具有分级分形结构。散射函数在康托初始条件集上是奇异的，这一性质应该通过实验中测量的量的强烈波动来表现。在我们的数值实验中的拉格朗日结构被证明是在伍兹霍尔最近的实验室染料实验中发现的。被动粒子的传输和混合的运动学模型的启发下的相互作用的急流（如墨西哥湾流或黑潮）与涡流在嘈杂的环境中进行了研究。我们证明了一个非平凡的现象，噪声引起的被动粒子的集群，并提出了一种方法来找到这样的集群在数值实验中。这些团簇是平流粒子的斑块，它们可以在随机速度场中一起运动较长时间。
2005-07-12 nlin.CD physics.ao-ph
Lagrangian surface signatures reveal upper-ocean vertical displacement conduits near oceanic density fronts
海洋中的垂直输运在淡水、热量、营养物和其他生物地球化学示踪物的交换中起着关键作用。虽然在某些情况下，垂直通量很重要，但研究物质的垂直迁移和位移需要在有限的时间间隔内进行分析。一个这样的例子是流体从混合层俯冲到密度跃层，这是已知的发生在密度锋附近。发散已被用来估计垂直速度表明，地面测量，其中观测数据是最广泛的，可以用来定位这些垂直运输管道。我们评估来自欧拉（水平发散，密度梯度和垂直速度）和拉格朗日（膨胀率和有限时间李雅普诺夫指数）度量和垂直位移管道的表面签名之间的相关性。分析了两个亚中尺度的密度锋分辨模式和一个西地中海资料同化模式。拉格朗日表面签名定位显着更多的最强的位移功能和预期的位移相对于欧拉的差异增加的时间间隔的长度考虑。从地中海模式的预测的包围分析表明，拉格朗日表面签名可以用来确定最强的向下垂直位移的区域，即使没有真正的海洋状态的知识。
2022-09-21 physics.ao-ph physics.geo-ph
Bayesian inference of ocean diffusivity from Lagrangian trajectory data
贝叶斯方法的推导的涡扩散率场的拉格朗日轨迹数据。拉格朗日粒子的运动由与平流-扩散方程相关联的随机微分方程来模拟。一个推理计划，在这个方程中出现的未知参数，即平均速度，速度梯度，和扩散张量。该方案提供了一个后验概率分布，这些参数，这是使用大都会黑斯廷斯算法采样。该方法首先适用于一个简单的周期性流动，其结果进行了比较，从均匀化理论的预测，然后在一个三层准地转双涡旋模拟的轨迹。推断的扩散张量的统计检查不同的采样间隔，并与海洋扩散率的标准诊断。贝叶斯方法证明能够估计空间可变的各向异性扩散率场从一个相对温和的数据量，同时提供了一个衡量的不确定性的估计。
2018-12-11 physics.ao-ph
Stokes drift should not be added to ocean general circulation model velocities
本研究指出海洋表面输运研究中的欧拉平均假设不自洽，证明斯托克斯漂移不应添加到海洋环流模式速度中，并验证了拉格朗日平均假设的可行性。
2023-04-28 physics.ao-ph
Resolution dependency of sinking Lagrangian particles in ocean general circulation models
海洋中的任何类型的非浮力材料在其下沉过程中都是通过水流水平移动的。对于小的下沉速度，这种横向输运是远远不能忽略的。为了估计其大小和方向，物质通常被模拟为一组拉格朗日粒子，这些粒子由海洋环流模型（OGCM）获得的流速平流输送。最先进的OGCM是强烈的漩涡，类似于真正的海洋，提供的结果与空间分辨率的数量级为10公里的日常频率。虽然涡旋在OGCM中的重要性在物理海洋学界得到了很好的认识，但其他海洋研究界可能没有。为了证明在低分辨率模式中没有中尺度特征对拉格朗日粒子输运的影响，我们使用低分辨率和高分辨率的全球OGCM模拟了下沉拉格朗日粒子的输运，并评估了由空间和时间模式分辨率差异引起的横向输运差异。我们发现在非涡流OGCM和涡流OGCM的运输之间的主要差异。添加随机噪声的粒子轨迹在非涡流OGCM参数的涡流的影响，以及在某些情况下。较粗的时间分辨率（5天）的影响小于较粗的空间分辨率（0.1 $^{\circ}$ vs 1 $^{\circ}$水平）。我们建议使用下沉拉格朗日粒子，代表例如海雪、微型浮游生物或下沉塑料，仅与来自涡旋OGCM的速度场一起使用，例如在古海洋学研究中需要高分辨率模型。为了提高我们的粒子跟踪模拟的可访问性，我们推出了planktondrift.science.uu.nl，这是一个在线工具，用于重建特定位置沉积粒子的表面起源。
2020-09-14 physics.ao-ph
Lagrangian transport through an ocean front in the North-Western Mediterranean Sea
本文用波瓣动力学的工具分析了西北地中海海面环流数值模拟的速度场。我们确定相关的双曲线轨迹和他们的流形，并表明，被称为“转门”，以前确定在抽象的动力系统和简化的模型流的运输机制，也在这个复杂的，而现实的海洋流的工作。此外，非线性动力学技术被证明是强大的，足以确定在地中海的这一部分的关键几何结构。特别是北巴利阿里阵线，在西地中海咸淡水之间的过渡区的最西端被解释为存在一个半永久性的“拉格朗日屏障”，几乎没有运输发生。我们的结构也揭示了这种运输发生的路线。在模拟过程中还观察到了这幅图中的拓扑变化，这些变化与涡旋的穿越有关，可能被解释为锋面的破裂。
2006-08-09 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian drifter dispersion in the southwestern Atlantic Ocean
在海洋漂流物监测项目的框架内，在南大西洋副热带环流的西支巴西海流附近释放了一组拉格朗日漂流物。在集群中部署部分浮标的实验策略提供了在广泛的尺度上检查相对分散的机会。采用动力系统的方法，我们把注意力集中在尺度依赖的指标，如有限尺度李雅普诺夫指数（FSLE）和有限尺度两个漂移器之间的（均方）相对速度（FSRV）作为其间距的函数，并与经典时间进行比较相关的统计量，如两个漂移体之间的均方相对位移和有效扩散率，作为从release.我们发现，依赖于给定的可观察到的，准地转湍流的情况下，是整体兼容与我们的数据分析，与预期的行为的差异，二维湍流轨迹可能归因于非平稳和非均匀的特性的流，以及可能的非地转效应。O（1）km的次中尺度特征被认为在一定程度上起着决定相对弥散特性和能谱形状的作用。我们目前，也，数值模拟的OGCM的南大西洋，并讨论中尺度扩散的实验和模式数据之间的比较。
2011-10-17 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Leaking method approach to surface transport in the Mediterranean Sea from a numerical ocean model
我们使用拉格朗日诊断法（泄漏和交换方法）来表征西地中海选定地区之间的表面运输。速度场是从一个数值模型。在阿尔及利亚盆地，具有很强的季节依赖性，大西洋起源的水的停留时间进行计算。还评估了这些水域与北部盆地水域之间的交换率。在地面上，向北的运输是占主导地位的，并涉及内陆功能和涡结构，可以确定与阿尔及利亚涡。通过添加拉格朗日扩散来评估小尺度湍流运动的存在对这些结果的影响。
2004-10-01 nlin.CD physics.ao-ph
Extracting quasi-steady Lagrangian transport patterns from the ocean circulation: An application to the Gulf of Mexico
我们构建了一个气候学的拉格朗日相干结构（LCS），隐藏的骨架，形状运输，与一个为期12年的数据同化模拟的海面环流在墨西哥湾（GoM）。气候学LCSs（cLCS）以气候速度的时间平均柯西-格林应变张量线计算，揭示了周期性拉格朗日环流型。cLCS强烈约束的系综平均拉格朗日环流的瞬时模式速度，因此，我们表明，气候速度可能会保留有意义的传输信息。此外，我们报告的气候输送模式与GoM运动学和动力学一致，如以前的几个观测和数值研究所述。例如，cLCS确定了持续孤立的地区，并建议以前被确定为污染影响高风险的沿海地区是最具吸引力的地区。此外，我们展示的例子中，cLCS是非常相似的深水地平线和Ixtoc溢油，并在大拉格朗日部署（GLAD）实验期间观察到的运输模式。因此，它表明，cLCS是一种有效的方式来合成大量的拉格朗日信息。cLCS方法证实了以前的GoM研究，并通过揭示其中处理的动力学和运动学的持久性，有助于我们的理解。
2017-10-21 physics.ao-ph
The hidden geometry of ocean flows
我们引入了一个新的全球拉格朗日描述符，适用于一般的时间依赖性流（高度数据集）。它成功地同时检测，具有很高的精度，不变流形，双曲和非双曲流动区域。
2010-07-15 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Generative Lagrangian data assimilation for ocean dynamics under extreme sparsity
Department of Applied Mathematics, University of California, Santa Cruz, CA 95064, USA（应用数学系，加州大学圣克鲁兹分校）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, Santa Cruz, CA 95064, USA（电气与计算机工程系，加州大学圣克鲁兹分校）；Department of Marine, Earth, and Atmospheric Sciences, North Carolina State University, Raleigh, NC 27695, USA（海洋、地球与大气科学系，北卡罗来纳州立大学）
针对海洋观测数据极端稀疏的问题，提出结合神经算子与去噪扩散概率模型的生成式拉格朗日数据同化框架，在99%至99.9%稀疏度下仍能高精度重建海洋状态。
2025-07-09 cs.AI cs.LG math.DS
Drifters dispersion in the Adriatic Sea: Lagrangian data and chaotic model
我们利用最近引入的非线性动力学技术分析了来自亚得里亚海的漂流者轨迹的特征。我们讨论如何在准封闭盆地，相对分散作为时间的函数，在这种情况下，一个标准的分析工具，可能会给一个扭曲的动态图片。我们进一步表明，有用的信息，可以通过使用两个相关的非渐近指标，即拉格朗日尺度李雅普诺夫指数（FSLE）和拉格朗日结构函数（LSF），这两个描述内在的物理性质在给定的规模。我们介绍了一个简单的混沌模型在这个系统中的漂流运动，并通过与模型的比较表明，拉格朗日色散主要是由平流在子流域尺度，直到饱和集。
2000-10-11 chao-dyn nlin.CD physics.ao-ph
Statistical and Dynamical Properties of Covariant Lyapunov Vectors in a Coupled Atmosphere-Ocean Model - Multiscale Effects, Geometric Degeneracy, and Error Dynamics
我们研究了一个简化的耦合大气-海洋模式，使用协变李雅普诺夫向量（CLV），它连接物理为基础的扰动方向的增长/衰变率的形式主义。该模型是通过一个严重的截断准地转方程的两种流体，并包括一个简单的，但物理上有意义的表示其动力学/热力学耦合。该模型有36个自由度，并选择参数，以便观察到混沌行为。发现两个正的李雅普诺夫指数（LE），十六个负的LE，和十八个接近零的LE。许多近零LE的存在下，从巨大的时间尺度分离的两种流体的特征时间尺度之间的结果，并导致非平凡的误差增长属性的切线空间跨越相应的CLV，这是几何非常退化。这种CLV对应于两种不同的海洋/大气耦合模式。相反，由对应于正和负LE的CLV所跨越的切线空间具有非病理行为，并且可以为有限时间LE构建鲁棒的大偏差定律，从而提供用于评估沿这些方向的长到超长尺度的可预测性的通用模型。令人惊讶的是，不稳定流形的切空间对大气和海洋分量都有很强的投影。我们的研究结果强调了使用双曲性作为多尺度混沌动力系统的概念框架的困难，而部分双曲性的框架似乎更适合，可能表明混沌假设的另一种定义。我们的研究结果表明，需要准确的分析误差动态在不同的时间尺度和域，并仔细设置的同化方案时，在考虑耦合的大气-海洋模式。
2016-03-07 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian Time Series Models for Ocean Surface Drifter Trajectories
本文提出了随机模型的海洋表面轨迹的分析，从自由漂移的卫星跟踪仪器。所提出的时间序列模型用于总结大型多元数据集，并推断惯性振荡和其他海洋过程的重要物理参数。采用非平稳时间序列方法来考虑每个轨迹的时空变化。由于数据集很大，我们通过使用频域建模和估计，构建计算效率高的方法，数据表示为复值时间序列。我们详细介绍了如何使用半参数技术的时间序列的采样和模型误指定的实际问题，我们证明了我们的随机模型的有效性，通过应用到现实世界的数据和数值模型输出。
2015-04-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn stat.AP
Parcels v0.9: prototyping a Lagrangian Ocean Analysis framework for the petascale age
随着海洋环流模型（OGCM）进入千万亿次时代，全球高分辨率模型运行的输出可以达到数百TB的大小，分析这些模型输出的工具也需要扩大规模。拉格朗日海洋分析通过水动力场跟踪虚拟粒子，通过绘制生物和非生物颗粒的路径和连接性，是分析OGCM输出的一种越来越受欢迎的方法。然而，目前拉格朗日海洋分析代码的软件堆栈不够动态，无法应对日益增加的复杂性，规模和定制用例的需求。此外，大多数社区代码都是为独立使用而开发的，这使得在OGCM运行时集成虚拟粒子成为一项重要任务。在这里，我们将介绍新的Parabel代码，它是从头开始设计的，具有足够的可扩展性，以应对千万亿次计算。我们强调其API设计，将灵活性和自定义与HPC工作流程优化能力相结合，遵循特定领域语言的范式。Partial主要用Python编写，利用科学Python生态系统中可用的各种工具，同时生成低级C代码并使用Just-In-Time编译进行性能关键型计算。我们展示了它的API的一个示例，并验证了代码对七个理想化的测试用例的准确性。这个版本~0.9的Partial的重点是布局API，未来的工作集中在优化，效率和运行时与OGCM的耦合上。
2017-09-26 cs.CE physics.ao-ph
Impact of ageostrophic dynamics on the predictability of Lagrangian trajectories in surface-ocean turbulence
本文利用含非地转过程的海洋精细尺度湍流模型，比较完整流与地转流驱动的拉格朗日轨迹，揭示非地转运动对长期弥散影响较小但会造成分离速率与轨迹偏差，并增强瞬态粒子聚集。
2024-10-25 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Particle dispersion and clustering in surface ocean turbulence with ageostrophic dynamics
本文通过数值模拟研究非地转运动对表层海洋拉格朗日粒子对扩散与聚集的影响，发现非地转分量主要促成临时粒子聚集体且强度随Rossby数增大，粒子优先聚集于气旋性锋面区域。
2023-11-08 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian Drifter Path Identification and Prediction: SINDy vs Neural ODE
本研究比较了SINDy与神经ODE在开放海洋拉格朗日浮标路径识别中的性能，发现SINDy能更准确一致地预测路径，并探讨了其在搜救任务中的应用潜力。
2024-11-08 physics.ao-ph
Chaotic mixing and fractals in a geophysical jet current
我们模型拉格朗日横向混合和被动标量在曲折的海洋急流的二维平流方程的运动流函数与时间相关的振幅的曲折强加。在这样一个模型中的平流被称为是混乱的曲流的特性在很大范围内。我们研究了随机层中的混沌输运，证明了它是反常的。混合的几何形状进行检查，并显示是分形的。散射特性（捕获时间的平流粒子和他们周围的椭圆点的旋转数）被发现有一个分层的分形结构作为初始粒子的位置的函数。建立了流动中物质线的演化与分形元素之间的对应关系。
2012-02-02 nlin.CD physics.ao-ph
Persistent Lagrangian transport patterns in the northwestern Gulf of Mexico
根据墨西哥湾西北部海域的逐日气候学表层洋流速度计算的拉格朗日相干结构揭示了海洋表层持续的拉格朗日输运模式。速度是由一个亚中尺度允许区域海洋模式的墨西哥湾。气候LCSs（CLCSs）的意义支持与集合平均漂流密度演变模拟和历史卫星跟踪漂流轨迹。NWGoM大陆架和深海之间的持续吸引屏障有效地确定了钩状图案与整体强烈吸引cLCS组，沿陆架坡折延伸。沿着这些总体上强烈吸引的cLCS靠近跨岸定向cLCS的吸引率的局部降低确定了跨越陆架坡折的潜在运输途径。总体弱吸引cLCS的组不被视为强烈约束材料运输。起源于大陆架上方的示踪物在气旋性传播时往往被钩状图案捕获在那里。来自大陆架以外的示踪物往往最初被钩状图案所吸引，因为它们以反气旋的方式传播，最终在深海上空传播。这些发现对于减轻污染事故如溢油具有重要意义。
2017-10-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Northbound Lagrangian Pathways of the Mediterranean Outflow Water and the Mechanism of Time-Dependent Chaotic Advection
该研究通过分析1980-2020年再分析数据的拉格朗日轨迹，揭示地中海流出水的北向路径特征，发现混沌平流是北向输送主要驱动，且输送存在15-20年可预测性，未来几十年或下降。
2023-08-16 nlin.CD physics.ao-ph physics.geo-ph
Effects of high-frequency and balanced motions on Lagrangian pair dispersion at the ocean surface
研究全球海洋模拟中拉格朗日粒子对的扩散，发现高频惯性重力波不影响相对扩散，后者由准平衡流主导，并指出SWOT卫星测地速估算表面扩散有局限性。
2025-06-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Three-dimensional Lagrangian ecosystems: carbon dynamics and potential for artificial fertilization
IFISC (CSIC-UIB), Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems（IFISC（西班牙国家研究委员会-马略卡岛帕尔马大学），跨学科物理与复杂系统研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究提出一个理想化三维拉格朗日模型，模拟海洋斑块内生物量生产与碳动态，再现人工施肥实验模式，并揭示稀释、注入面积、辐散和扩散对碳吸收的影响，为海洋施肥策略评估提供定量工具。
2026-10-08 nlin.CD physics.ao-ph physics.geo-ph
Low-frequency variability and heat transport in a low-order nonlinear coupled ocean-atmosphere model
我们制定和研究的低阶非线性耦合海洋-大气模式的辐射和热通量的影响和摩擦耦合的两个组件之间的重点。该模型版本通过增加海洋中温度被动平流的动力学方程以及能量平衡模型，扩展了以前的24变量版本。模型的分岔分析和数值积分揭示了低频变率（LFV）的存在，集中在一个长周期，吸引轨道附近。这种轨道结合了大气和海洋模式，它产生的辐射输入和摩擦耦合的大值的纬向梯度。当它失去稳定性时，混沌行为在这个轨道周围发展;这种行为在十年和多十年时间尺度上仍然由LFV主导，这是典型的海洋过程。大气诊断还揭示了主要的低压和高压区的存在，以及一个亚热带急流;这些功能回忆现实的气候学特性的海洋大气。最后，进行了可预测性分析。一旦十年尺度的周期性轨道发展，耦合系统的短期不稳定性-由其李雅普诺夫指数测量-急剧减少，表明海洋对大气动力学的稳定作用。在十年时间尺度上，在与慢模式相关的不变子空间的某个区域中的解的复发显示出一些扩展的可预测性，这反映在大气变量的误差的振荡行为中。
2015-08-27 nlin.CD physics.ao-ph
Lagrangian transport in a microtidal coastal area: the Bay of Palma, island of Mallorca, Spain
沿海运输在帕尔马湾，在马略卡岛，西班牙的一个小区域，其特点是在拉格朗日描述符。用于这项研究的数据集是两个月（一个在秋季和夏季）的高分辨率数值模式，ROMS，强迫大气和空间分辨率为300米的输出。选择这两个月是因为其不同的风况，这是该地区海洋动力学的主要驱动力。利用尺度李雅普诺夫指数（FSLEs）定位半持续拉格朗日拟序结构（LCS），了解海湾不同的流态。两个月内不同的风向和规律性对表层湾动力有明显的影响，而底层结构只表现出明显的地形特征。通过计算颗粒轨迹和停留时间（RT）图，研究了海湾和公海之间的流体交换。由于流场的几何特征不同，10月颗粒向海洋的逃逸率比7月多32 $%$。我们发现，LCS分离区域具有不同的传输特性，通过显示空间发布的天气拉格朗日地图上的停留时间与LCS的位置。的FSLE和RT的时间依赖性行为之间的相关性也进行了研究，显示出负依赖性时，由FSLE值特征的搅拌移动粒子在逃逸的方向。
2013-11-05 nlin.CD physics.ao-ph
Estimating the travel time and the most likely path from Lagrangian drifters
我们提供了一种新的方法来计算任意固定位置之间的海洋中的漂流者所采取的最有可能的路径。我们还提供了一个估计的旅行时间与此path.Lagrangian路径和旅行时间的实用价值，不仅在了解表面速度，但也在模拟海洋传播的物种，如浮游生物的运输，和漂浮的碎片，如塑料。特别地，估计的行进时间可以用于计算估计的拉格朗日距离，其在理解位置之间的连接性方面通常比欧几里德距离更具信息性。我们的方法是纯粹的数据驱动，不需要模拟漂流轨迹，与现有的方法相比。我们的方法可在全球范围内扩展，可以同时处理海洋中的多个位置。此外，我们还提供了与最可能的路径和相关旅行时间相关的误差和不确定性的估计。
2021-03-18 physics.ao-ph physics.data-an physics.flu-dyn
Structured pathways in the turbulence organizing recent oil spill events in the Eastern Mediterranean
针对东地中海不明来源漏油事件，利用拉格朗日相干结构在海洋混沌中识别传输路径，结合卫星观测与计算建模反演了泄漏的原始位置与释放时间。
2024-12-23 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Enduring Lagrangian coherence of a Loop Current ring assessed using independent observations
海洋流动通常是根据假定地转平衡的低分辨率卫星测高术测量的海面高度推断的。最近的非线性动力系统技术已经揭示，来自测高的表层洋流可以支持中尺度涡旋与材料的边界，不灯丝许多个月，从而代表有效的传输机制。然而，长期拉格朗日相干性评估的中尺度涡边界检测到的高度计，以解决非地转亚中尺度运动的不可能性的限制。这些可能会阻止拉格朗日相干性以非线性动力系统理论所描述的严格形式表现出来。在这里，我们使用的组合卫星海洋颜色和表面漂流物的轨迹数据，很少同时在一段较长的时间内，提供观测证据持久拉格朗日相干性的测高检测到的环流环。我们还寻求这种行为的迹象，在流中产生的数据同化系统，表现出再现观察到的相对分散统计到边缘次中尺度范围的能力。然而，模拟流，总表面和次表面或子采样仿真测高，没有发现支持持久的拉格朗日相干性，其特征在于观察到的环。这突出了拉格朗日度量的重要性，所产生的非线性动力系统的工具，在这里评估模型的性能。
2018-07-13 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
The Lagrangian description of aperiodic flows: a case study of the Kuroshio Current
本文回顾了几个最近开发的拉格朗日工具，并展示了它们的结合使用如何成功地获得一个详细的描述一般非周期性流动的纯平流运输事件。特别是，由于海洋运输过程的气候影响，我们说明了在黑潮电流的区域高度计数据集的二维应用程序，虽然所提出的技术是通用的，适用于任意时间依赖的非周期性流。描述非周期性时间依赖流中的运输的第一个挑战是获得其中可以识别最相关的动态特征的相图的表示。这种表示是通过使用全球拉格朗日描述符，例如，当应用到高度计数据集检索在海洋表面上的一个相图，其中相互关联的动力系统的几何形状是可见的。相图是必不可少的，因为它表明了哪些运输路线对整个流量起作用。一旦这些路线是粗略地认识到它是可能的，以完成一个详细的描述，通过直接计算的有限时间稳定和不稳定的特殊双曲线轨迹的流形，作为组织中心的流动。
2012-07-17 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Bridging Gaps in the Climate Observation Network: A Physics-based Nonlinear Dynamical Interpolation of Lagrangian Ice Floe Measurements via Data-Driven Stochastic Models
模拟和理解边缘冰区的海冰动力学依赖于获取拉格朗日浮冰测量。然而，光学卫星图像容易受到大气噪声的影响，导致检索到的浮冰位置的时间序列出现空白。本文提出了一个有效的和统计上准确的非线性动态插值框架恢复丢失的浮冰观测。它利用了一个平衡的物理为基础的和数据驱动的建设，以解决所带来的挑战的高维和非线性性质的耦合大气-冰-海洋系统，有效的降阶随机模型，非线性资料同化，并同时参数估计系统集成。新方法成功地恢复的位置，曲率，角位移，以及相关的强非高斯分布的失踪浮冰在波弗特海。它还准确地估计了浮冰厚度，并恢复了未观测到的底层海洋场与适当的不确定性量化，推进我们对北极气候的理解。
2022-05-18 physics.ao-ph
An Efficient and Statistically Accurate Lagrangian Data Assimilation Algorithm with Applications to Discrete Element Sea Ice Models
复杂非线性湍流的拉格朗日资料同化是一个重要但计算上具有挑战性的课题。在这篇文章中，一个有效的数据驱动的统计准确的降阶建模算法，显着加快拉格朗日资料同化的计算效率。该算法从高维流场的傅立叶变换开始，随后是有效的模型简化，仅保留与能量模式对应的傅立叶系数的一个小子集。然后，一个线性随机模型来近似每个傅立叶系数的非线性动力学。有效的加性和乘性噪声的过程被纳入表现出高斯和非高斯统计，分别模式的特征。降阶系统中的所有参数，包括乘性噪声系数，通过封闭的解析公式系统地确定。这些线性随机模型成功地预测了不确定性，并促进了极其快速的资料同化方案。新的拉格朗日资料同化，然后施加到观测的海冰浮冰的轨迹，由大气风和湍流洋流驱动。它示出，观察仅约$30$非相互作用的浮冰在$200$公里$\times200$公里域是足够的恢复的关键多尺度特征的洋流。附加的浮冰角位移观测被认为是对质心位置的适当补充，以提高资料同化技巧。此外，观测到的大、小浮冰分别更有助于恢复海洋的大、小尺度特征。傅立叶域资料同化也成功地恢复了云遮蔽地区的海洋特征。
2021-07-27 cs.NA math.NA physics.ao-ph
Advances in Search and Rescue at Sea
法国海洋所在法国布雷斯特主办了关于“搜索和救援及其他紧急海洋行动技术”的系列讲习班（2004年、2006年、2008年和2011年），最近一期《海洋动力学》刊登了关于“海上搜索和救援进展”的专题汇编。在这里，我们简要概述了海上搜救的历史，然后总结了专题论文集中出现的论文的主要结果。关键词：搜索和救援（SAR），轨迹建模，随机拉格朗日海洋模型，拉格朗日测量方法，海洋表层洋流。
2012-11-05 physics.ao-ph physics.geo-ph
Lagrangian study of dispersion and transport by submesoscale currents at an upper-ocean front
本文利用随当地流体速度平流的物质点（示踪粒子）研究了大洋上层锋亚中尺度流的三维输送路径、垂直输送的时间尺度和弥散特征。相干的亚中尺度涡丝和涡主导亚中尺度（0.1 - 10公里）动力学被发现发挥了至关重要的作用，这是量化的。这些相干结构是通过斜压不穩定的非线性演化产生和维持的。粒子的集体运动有助于识别前部输送的共同特征。据发现，在中心区域中的颗粒组织成倾斜的叶片，每个叶片与涡流相关联，以及与前转移边缘颗粒的重边缘和轻边缘相关联的细丝到叶片。这种新粒子流入叶瓣导致局部粒子调整，从而导致前缘的塌陷。垂直方向上的粒子运动显示出多个时间尺度--一个在一小时内垂直位移为O（10）m的快速时间尺度和一个较慢的近惯性时间尺度，与增长的不稳定性的内在时间尺度相当。快速时间尺度运动通常发生在涡丝中。整体滑塌过程比人们从细丝中的大幅度垂直速度所预期的要慢，并且需要横向运动和垂直运动之间随时间的持续相关性。通过跟踪粒子云，我们表明，它们的质量中心下降/上升超过1-2惯性时间段，之后的调整遵循一个亚惯性时间尺度。本文用单粒子和双粒子统计方法研究了亚中尺度湍流的频散特性。四个粒子的团簇的形状变化揭示了变形成薄的针状结构。
2020-11-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Horizontal transport in oil-spill modeling
只要有准确的洋流和海面风，就可以成功地模拟海洋中的石油运输-这往往是一个太大的挑战。不足的洋流有时可以通过参数化缺失的物理来补救-这往往是不够的。在本章中，我们将重点讨论溢油建模人员面临的一些主要问题，即当速度可能丢失重要物理特性时，或者当速度存在导致较大轨迹误差的局部误差时，如何确定准确的轨迹。驱动海洋运动的物理机制的基础可能有助于识别缺乏某些类型物理的海流，以及补救措施。最近的进展，我们的理解在海洋的上部厘米的运动支持非常规参数化，我们作为一个例子，2003年点井溢油泄漏一直无法解释，直到最近。当速度真实地表示轨迹强迫机制时，建立在拉格朗日相干结构理论基础上的先进拉格朗日技术可以通过识别可能决定流体变形的吸引区域来绕过局部速度误差。通过重新审视2010年墨西哥湾的深水地平线事故，并提前8天从不完美的测高速度预测一个突出的传输模式，向溢油建模社区展示了客观欧拉相干结构的有用性。
2021-06-16 physics.ao-ph
An analysis on OpenMetBuoy-v2021 drifter in-situ data and Lagrangian trajectory simulations in the Agulhas Current System
该研究通过对比Agulhas海流系统中OpenMetBuoy-v2021漂流浮标轨迹与拉格朗日模拟，评估不同追踪工具、海流产品及风浪强迫参数化的影响，发现Globcurrent技巧最高，加入Stokes漂移和风漂移因子可改善模拟性能。
2024-09-30 physics.ao-ph physics.geo-ph
Linking Horizontal and Vertical Submesoscale Lagrangian Dynamics South of the Ibiza Channel
Institute for Cross Disciplinary and Complex Systems (IFISC), CSIC-UIB（交叉学科与复杂系统研究所 (IFISC)，CSIC-UIB）；Mediterranean Institute for Advanced Studies (IMEDEA), CSIC-UIB（地中海高级研究所 (IMEDEA)，CSIC-UIB）；Instituto de Ciencias Marinas de Andalucia (ICMAN-CSIC)（安达卢西亚海洋科学研究所 (ICMAN-CSIC)）
本研究以地中海西部伊比萨海峡南部的两条丝状体为对象，利用高分辨率海洋模拟和拉格朗日诊断，发现亚中尺度动力学产生的FSLE丝状体可作为输运屏障，其表面特征对应调节上层海洋横向聚集与垂直连通性的三维输运结构。
2026-10-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Conservation laws for potential vorticity in a salty ocean or cloudy atmosphere
位渦守恒是大气和海洋科学中最重要的守恒定律之一。最初的推导大约有一个世纪的历史，在Rossby和Ertel的工作中，它与著名的开尔文和Bjerknes循环定理有关。然而，这些定律适用于理想化的流体，并且扩展到更现实的场景是有问题的。在这里，这些定律被扩展到其他基本的复杂性，包括海洋中的盐度，或大气中的水分和云。在没有这些额外的复杂性的情况下，已知的是，位渦在每个流体块之后是守恒的;在这里，对于含盐海洋或多云大气，一般守恒量是在某些饼状体积上积分的位渦。此外，守恒定律也与拉格朗日量中的对称性有关，这与物理学其他领域中的守恒关系有关。
2022-06-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Structure-preserving stochastic parameterization of a barotropic coupled ocean-atmosphere model with Ornstein--Uhlenbeck noise
University of Hamburg（汉堡大学）；Max Planck Institute for Meteorology（马克斯·普朗克气象研究所）
本文首次将随机对流由Lie传输框架应用于简化耦合海洋-大气系统，通过随机拉格朗日动力学假设推导出随机流体方程，保持几何结构，并用Ornstein-Uhlenbeck噪声替代白噪声，提升预测性能。
2026-03-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian dynamical geography of the Gulf of Mexico
我们构建了一个马尔可夫链表示的表面海洋拉格朗日动力学的墨西哥湾（GoM）和邻近部分的加勒比海和北大西洋使用卫星跟踪的漂流物轨迹数据，迄今为止最大的收集所占据的区域。从分析的特征向量的转移矩阵与链，我们确定几乎不变的吸引集和吸引盆。有了这些信息，我们将墨西哥湾的地理位置分解为弱动态相互作用的省份，这限制了墨西哥湾内遥远位置之间的连接。近海石油勘探、溢油应急计划和鱼类幼体连通性评估是可以从这里构建的地理中携带的动态信息中受益的许多活动之一。
2017-06-07 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Automated detection of coherent Lagrangian vortices in two-dimensional unsteady flows
流体流动中拉格朗日涡的相干边界最近被确定为与柯西-格林应变张量相关的线场的闭轨道。在这里，我们开发了一个完全自动化的过程中检测这样的闭轨道在大规模的速度数据集。我们说明了我们的方法对来自卫星测高的海洋表面速度的功率。
2014-10-22 cs.GR math.DS physics.ao-ph
Lagrangian Statistics and Intermittency in Gulf of Mexico
由于海流、中尺度涡旋、波浪等不同流型之间的非线性相互作用，海洋运动是极其复杂的，其中涉及到多尺度统计。在这项工作中，高时间分辨率的速度与时间步长15分钟的拉格朗日漂流器部署在墨西哥湾（GoM）从2012年7月至2012年10月被认为是。实测的拉格朗日速度关联函数显示出强烈的日周期，由于昼夜潮汐周期。估计的傅立叶功率谱$E(f)$意味着一个双幂律的行为，这是分开的日常周期。相应的标度指数分别接近于$-1.75$和$-2.75$的时间尺度较大（分别为。$0.1\le f\le 0.4\,{day^{-1}}$）和更小（分别$2\le f\le 8\,{day^{-1}}$）超过1天。一个基于希尔伯特的方法，然后应用到这个数据集，以确定可能的多重分形属性的级联过程。结果表明，在大于1天的时间尺度上，该地区的大气环流具有间歇性，而在小于1天的时间尺度上，该地区的大气环流具有较弱的间歇性。据推测，部分能量通过昼夜潮汐运动注入，然后通过复杂的级联过程转移到较大和较小的尺度，这需要在不久的将来进行更多的研究。
2018-09-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Mixing and Geometry in the North Atlantic Meridional Overturning Circulation
本研究利用拉格朗日相干结构分析AMOC的三维输送路径，揭示了Flemish Cap区域深水快速上升及Irminger Sea极深水与表层新上升连接的混合几何特征。
2024-12-23 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Efficient form of the LANS-alpha turbulence model in a primitive-equation ocean model
拉格朗日平均纳维尔-斯托克斯α（LANS-α）模型是一种湍流参数化，已被证明可以在较低分辨率下捕获高分辨率海洋建模的一些最重要的特征。在POP连续方程海洋模式中使用LANS-α的模拟在动能、涡动动能和位温场等统计数据方面类似于标准POP的双分辨率模拟。对于我们最有效的实现，添加LANS-alpha的计算成本仅为27%，相比之下，分辨率增加一倍需要8-10倍。LANS-α模型通过增加非线性项和平滑平流速度来改善湍流统计。在这项工作中，我们研究了不同种类的平滑技术及其对LANS-α模型的结果和效率的影响。我们表明，我们可以取代卷积滤波器的充分Hemlholtz反演，并产生类似的结果，在一个显着降低成本。在连续方程海洋模式中构造LANS α滤波器时，必须仔细选择滤波器权重，否则会激发压力-速度不稳定性。我们分析表明，某些范围内的过滤器权重是不稳定的，并证实了这一点与数值实验。我们的稳定性准则还保证了动能是定义良好的，并且滤波后的速度比原始速度更平滑。
2007-03-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Impact of mesoscale eddies on water transport between the Pacific Ocean and the Bering Sea
利用1993- 2012年卫星观测的海平面高度异常，结合海面漂流器和Argo浮标的模拟和观测，研究了连接太平洋和白令海的近海峡（NS）的水流流态。用AVISO表面速度场计算的每日拉格朗日纬度图和海峡两岸的输送计算表明，通过NS的气流变化很大，并受该地区中尺度和亚中尺度涡旋的控制。在季节尺度上，通过NR西部的通量与通过其东部的通量（$r=-0.93$）呈负相关。在年际时间尺度上，冬季NS输送与风应力呈显著正相关（$r=0.72$）。风应力向南分量的增加减少了通过海峡向北的水输送。冬春季海峡地区正的风应力旋度产生气旋性环流，从而增强了NR西部的南向气流（$r=-0.68$）和东部的北向气流（$r=0.61$）。秋季，南北不同区域的水输送由位于阿拉斯加流区的反气旋性中尺度涡的强度决定。
2013-05-06 physics.ao-ph
Material and debris transport patterns in Moreton Bay, Australia: The influence of Lagrangian coherent structures
沿海潮汐河口对内陆水域和公海之间的能量和物质交换至关重要。来自陆地和海洋的碎片进入这一环境，并由水流（河流流量和潮汐）、风、波浪和密度梯度搬运。了解和预测这类碎片的来源和归宿具有相当大的环境、经济和视觉重要性。我们表明，这个问题可以解决使用拉格朗日相干结构（LCS）技术，这是非常强大的流体动力学模型的不确定性。在这里，我们提出了一个全面的研究表明，这种方法的实用性，以描述在沿海潮汐海湾的漂浮物的命运。一个例子是从莫尔顿湾，一个半封闭的亚热带海湾与高形态，生态和经济意义的东南昆士兰州，澳大利亚。LCS可视化的运输障碍物为海湾中的材料运输创造了路径和障碍。有人发现，风场修改率吸引力和位置的运输障碍。主要成果之一是展示了岛屿在分隔物质运输和海湾内混合方面的重要作用。碎片源沿海岸线的分布解释的LCS的相对位置的海岸线。因此，LCS的提取可以帮助预测人为海洋废弃物的来源和归宿，从而成为有效管理脆弱区域和海洋保护区的有用途径。
2020-03-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Inferring ocean transport statistics with probabilistic neural networks
本文提出用概率神经网络对海洋漂流浮标转移概率密度函数进行连续空间建模，优于传统转移矩阵模型，并能准确再现副热带环流聚集现象，为流体动力学和海洋学提供了通用的数据驱动概率建模方法。
2023-06-02 physics.ao-ph physics.data-an physics.flu-dyn
Extreme vertical drafts as drivers of Lagrangian dispersion in stably stratified turbulent flows
本研究利用数值模拟探讨了极端垂直气流对稳定分层湍流中拉格朗日粒子对相对扩散的加速作用，并量化了其与经典Richardson标度的偏差，对大气海洋混合及污染物输运具有重要意义。
2025-09-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
