海洋温跃层分析方法比较.pdf

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1、第33卷第3期海洋预报V01．33．No．32016年6月MARINEFORECASTSJun．2016=——==—；=E=——；====；==—；==———==——；==—；；i==—；j==—=目==—；一一DOI：10．11737／j，issn．t003-0239．2016。03．006海洋温跃层分析方法比较江伟，邢博，楼伟，连仁明(海军海洋水文气象中心，北京100161)摘要：比较了垂直梯度法、曲率极值点法和拟阶梯函数法提取温度跃层信息的异同，结果表明：采用曲率极值点法和拟阶梯函数相结合的方法，能够给出较为准确的跃层上下界面位置，即跃

2、层上界选用曲率极值点法和拟阶梯函数法确定跃层上界的最大值，而跃层下界则选用拟阶梯函数的结果。同时利用再分析资料初步诊断分析了西北太平洋冬季、春季、夏季、秋季温度跃层特征信息分布演变特征。关键词：温跃层；垂直梯度法；曲率极值点法；拟阶梯函数法中图分类号：P731．24文献标识码：A文章编号：1003—0239(2016)03．0041—091引言跃层是海洋中重要的物理现象，针对所研究的物理量不同，海洋中的跃层可分为温度跃层、密度跃层、盐跃层、声跃层等。海洋跃层的空间分布和季节变化与水团垂直边界的划定息息相关。声信号是海洋中重要的通信媒介，声速的

3、铅直分布特征对于水中通讯、水中目标探测具有重要的意义。而海洋密度场结构直接决定着声速剖面，密度跃层是海洋密度结构的重要且典型的分布特征。比较海洋跃层诊断分析方法，研究跃层的深度、厚度和强度及其时空演变特征，对于深入研究海洋跃层的形成和演变机理具有重要的科学意义，同时科学合理诊断分析跃层结构特征，有利于水中通讯、水下目标探测活动的开展，对海洋渔业、海上军事活动具有实际应用价值。国外研究者早在20世纪60年代就开展了海洋温度结构方面的研究工作，比如Turner等”1利用室内实验与理论分析相结合的方法研究了季节温跃层的形成和维持，Gill等12]利

4、用实测资料对季节跃层模型进行了检验，着重分析了动力混合和对流混合对上层温度结构的影响。随着海洋科学的研究不断深入，国外对跃层结构的描述性工作已越来越少，更多的研究转向跃层内的混合过程、跃层结构的长期变化等方面上来。Greggc34]，Mourn岱1探讨和总结了跃层内的湍流混合，Radko等眄1探讨了中尺度涡致通量在温跃层维持中的作用，McDonagh等p1研究了南印度洋温跃层的年代际变化。国内研究者也从观测资料分析、温跃层分析方法、机理研究等方面开展了相关研究。观测资料分析方面，葛人峰等哺1基于CTD资料，采用拟阶梯函数逼近法对黄、东海温度垂

5、直剖面拟合逼近，并对黄海、东海陆架区的温度垂直结构进行了类型划分。张婷婷等191利用ATLAS浮标资料分析了南海温跃层的短周期震荡，鲍献文等”q利用大面调查资料分析了北黄海温盐分布季节变化特征。针对温跃层分析方法方面，吴巍等⋯，基于南海CTD资料和南海Levitus资料，比较了垂向梯度法、S—T法等确定跃层的方法，讨论了深水、浅水等不同情况应该重点考虑的问题。葛人峰等n21分析中国陆架海区CTD资料发现，陆架区的水文要素垂直结构基本都可理想化为三层垂直结构模式：上均匀层、跃层和下均匀层。随后葛人峰等将最小二乘应收稿日期：2015—04—08作

6、者简介：江伟(1975一)，男，高级工程师，硕士，从事军事水文气象及规划论证。E—mail：htpyang@sina．com42塑堂堡塑!!堂用到拟阶梯函数逼近法中，发现不同类型的跃层结构均可按照一个或多个拟阶梯函数进行最小二乘拟合来获得温跃层的特征量。郝佳佳等131根据东海以及南海东北部多组资料，比较了拟阶梯函数法和垂向梯度法在浅海区(水深<200m)、陆架坡折区(水深在200m左右)和深水开阔区(水深>200rn)与实际水文廓线的拟合情况，发现在大洋深水区可以用垂向梯度法，浅水区采用拟阶梯函数法进行跃层结构分析。张旭等114]比较了垂直梯

7、度法和最优分割法确定温跃层边界的优劣。跃层本身的物理含义是指温度等物理量的垂直梯度大的水层，通常跃层之上为混合层，水体温度等物理量较为均匀，跃层之下，温度等物理量变化缓慢。本文将基于跃层的这一基本含义，比较垂直梯度法、曲率极值点法和拟阶梯函数法在提取温度跃层信息方面的异同。2跃层分析方法简介表述温度跃层的物理参量有跃层深度、跃层厚度、跃层中温度梯度等，跃层分析方法有垂向梯度法、S—T法、拟阶梯函数法、最优分割法、曲率极值点分析法、三次样条数值函数分析法等。下面给出了垂向梯度法、S—T法、曲率极值点分析法和拟阶梯函数法的基本思路。垂直梯度法：根

8、据《海洋调查规范》以及《我国专属经济区和大陆架勘测技术规程》规定的温跃层和密度跃层强度的最低标准值(一般分为深水和浅水两种标准)，在深水(水深>200m)，温度梯度