海表温度与地转流融合的黑潮斜压性锋检测方法.pdf

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1、第33卷第5期2014年10月海洋技术学报JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYV01．33，No．50ct．2014海表温度与地转流融合的黑潮斜压性锋检测方法张本涛，陈捷+，陈标(海军潜艇学院，山东青岛266044)摘要：由黑潮形成的海洋锋斜压性强，对海洋中的声传播带来极大影响，从而对各种依赖声学性质的海洋探测设备的使用造成极大影响，确定黑潮斜压性锋的位置和强度对海洋渔业和军事应用具有重要的意义。通过对海表温度梯度数据和地转流数据的分析，将海表温度梯度与地转流进行融合，从而检测黑潮流边缘的大温度梯度海洋锋。通过对实际数据的试验，说明了融

2、合算法的原理、算法步骤和黑潮斜压性锋检测结果。试验数据表明．文中提出的融合算法能够很好地检测黑潮斜压性锋位置，同时提取其强度，与采用海面温度或地转流数据单一数据源检测相比，文中所述的方法检测位置准确．虚警率低．与文献报道的黑潮位置更为吻合。关键词：黑潮；斜压性；海洋锋；海面温度；地转流；数据融合中图分类号：P714；P731．21文献标志码：A文章编号：1003—2029(2014)05—0066—05海洋锋一般是指性质明显不同的两种或几种水体之间的狭窄过渡带，广义地说，可泛指任一种海洋环境参数的跃变带，因而出现了诸如温度锋、盐度锋、密度锋、声速锋

3、、水色锋、透明度锋等海洋锋的称谓Ⅲ。由于海洋锋区诸多海洋要素呈现急剧的变化，因而对海洋、气象、交通、水声和军事都有重大影响。对于军事应用而言，海洋锋区的温、盐等环境要素的急剧变化，势必影响海水的声学性质【21，这对海洋水声通信、海洋战场监测、潜艇活动、水雷等水中武器的布设和鱼雷等武器的操控等都是不可忽视的。流经中国近海的黑潮是一支著名的强西边界流，它将高温高盐的热带水带到寒冷的北极海域，因其斜压性强，故流边缘的斜压性锋面也很典型，斜压性锋面也即密度锋，常常伴有温度锋、盐度锋13]。斜压性锋对海水的声学性质带来重大的影响，因而检测斜压性锋的位置和强度

4、，对声传播研究和与海洋水声学相关的研究领域，尤其是军事领域有着重要的意义。尽管黑潮流轴的年际变化不大【4l，但其边界黑潮锋的强度却有明显的季节变化，因而，准确地定位黑潮锋，尤其是斜压性锋的位置和强度，对研究海洋水声环境有着重要的意义。从搜集的国内外研究资料来看，对于黑潮锋或海洋锋的检测，相关资料较少，且大部分检测方法都基于单一数据源的边缘检测方法M。本文针对海洋水声影响较大的黑潮斜压性锋，采用两种数据源进行融合检测。1海面温度图像温度梯度分布特征海面温度梯度分布反映了海面温度变化的空间过渡急缓程度。温度的变化往往同时会带来海水密度的变化，温度、密度

5、的迅速变化对声传播带来极大的影响。黑潮将高温高盐的热带水带往北极海域，因此黑潮流域的海水温度要比周围的温度高，而在黑潮收稿日期：2014—03—04基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(201lAA7014047)作者简介：张本涛(1977一)，男，讲师，硕士，主要从事海洋遥感科学研究。E—mail：zbentao@sohu．corn通讯作者：陈捷，E-mail：grass2009@163，corn第5期张本涛，等：海表温度与地转流融合的黑潮斜压性锋检测方法67流的边缘，海水温度与周围温度产生较大温差和密度差，形成较强的温度梯度和

6、密度梯度，因而黑潮流的边缘往往是海洋温度锋和密度锋所在。如图l所示为一幅NOAA网站提供的AVHRR海表温度(SST)融合图像，0．25。×0．25O，数据时间为2012年11月21日。对图1所示的温度数据求二维梯度，如图2所示。{◆I16080200海面温度梯度图像由图1可以隐约看出，在黑潮流经的海域，尤其是13本岛以东的海域海水出现了较明显的高温水带，在中国东海海域，高温水带轴比较单一，而在13本海以东，冷热水混合明显，高温水带流轴逐渐分化。对图1所示温度图像求二维梯度后，这一特征表现得更为明显。所不足的是：若采用温度梯度数据提取海洋锋，梯度阈

7、值的选取对检测结果将十分敏感，以图2所示的2012年11月21日温度梯度数据为例，若选取梯度阈值为o．01。C／km，无法检测到东海海域的温度锋，如图3所示。而若将梯度阈值选为0．006℃／km，东海海洋的海洋锋可以被检测出来，但在40oN左右，180。E～220。E海域有大量的区域被检测为海洋锋，在25oN左右，120。E～220。E海域也有大量的不连续海域被检测出海洋锋，如图4所示。这些被检测出的海洋锋中，有些确实是黑潮影响形成的斜压潮锋，而有些并不是黑潮形成的斜压性锋。由此可知，采用海面温度梯度检测黑潮斜压性锋存在着梯度阈值敏感和虚警率高的弱

8、点。3025201510501101201301401501601701801902(30210图3梯度阈值为0．01。C