陳　亮，熊學(xué)軍,3*，李小龍，蘇　劼

(1. 國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；2. 海洋環(huán)境科學(xué)和數(shù)值模擬國家海洋局重點實驗室，山東 青島 266061；3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室，山東 青島 266237；4. 中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518067)

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海洋躍層的譜表達(dá)法及自適應(yīng)識別*

陳亮1,2，熊學(xué)軍1,2,3*，李小龍4，蘇劼1

(1. 國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；2. 海洋環(huán)境科學(xué)和數(shù)值模擬國家海洋局重點實驗室，山東 青島 266061；3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室，山東 青島 266237；4. 中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518067)

提出了海洋躍層的全水層剖面譜表達(dá)法，通過海洋要素的垂直變化梯度零線和分布曲線把躍層形態(tài)、垂直變化過程及特征全面、系統(tǒng)、完整、準(zhǔn)確地凸顯出來；分別利用曲率區(qū)域最值和小波變換自適應(yīng)檢測法，將躍層譜峰根部的轉(zhuǎn)折特征提取出來，確定了躍層與上下層水體的分界；從而形成了全面表征躍層自然屬性特征的“五點三要素”法，即躍層上界點、強(qiáng)躍層上界點、躍層最值點、強(qiáng)躍層下界點、躍層下界點這五個躍層屬性特征點和躍層最大強(qiáng)度、強(qiáng)躍層平均強(qiáng)度、躍層平均強(qiáng)度這三個躍層強(qiáng)度要素。基此，建立了一套關(guān)于躍層的定義、表達(dá)、確定和識別的系統(tǒng)方法，使得繪制系統(tǒng)而完整的躍層各類特征全海區(qū)分布圖成為可能，為躍層研究和應(yīng)用奠定了必要的基礎(chǔ)。

躍層譜；端點檢測；自適應(yīng)識別；曲率；小波分析；五點三要素

在關(guān)于內(nèi)波的研究中，需要對躍層進(jìn)行明確、系統(tǒng)的認(rèn)知、表達(dá)與把握，但基于目前能查閱到的文獻(xiàn)，關(guān)于躍層的定義、特征、表達(dá)和識別等都不夠明確、全面和系統(tǒng)。

首先，目前查閱到的關(guān)于海洋躍層的定義，基本都是根據(jù)海洋要素垂直剖面分布圖給出的，可以歸納為兩種說法：一是海洋要素隨深度變化發(fā)生急劇變化的水層[1-4]；二是海洋要素隨深度變化發(fā)生階躍特征的水層[1,5]。這樣給出的躍層定義比較簡單，也把握住了躍層的基本特征，但其中的“急劇變化”或“階躍特征”都是相對的不確定量，不同海區(qū)、不同季節(jié)的差別也很大，這就需要有統(tǒng)一的參考或規(guī)定，否則躍層界點、強(qiáng)度等特征參量的確定方法就會因人因事而異，造成具體應(yīng)用中的非可比性甚至混亂。

關(guān)于躍層的確定方法，《海洋調(diào)查規(guī)范-第七部分：海洋調(diào)查資料交換》[6]采取了從強(qiáng)選取的原則，將海洋要素垂直分布曲線上曲率最大的點分別確定為躍層的頂界和底界，將頂界和底界之間的厚度確定為躍層厚度，將躍層厚度內(nèi)的平均強(qiáng)度確定為躍層強(qiáng)度，并且以200 m為界，分別規(guī)定了淺水區(qū)和深水區(qū)的躍層強(qiáng)度最低標(biāo)準(zhǔn)，只有達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)以上的層結(jié)才能算作躍層。在目前的技術(shù)條件下，這樣規(guī)定有突出的不足：一是不完整性，這樣規(guī)定的躍層其實只是躍層中最顯著的部分，而自然現(xiàn)象本身一般都有完整性的特征，強(qiáng)躍層之外的往往仍比較顯著的垂向梯度變化是整個躍層不可或缺的組成部分，如果割裂，對躍層的認(rèn)知易停留于片面性，難以系統(tǒng)把握；二是主觀性，人為的并不統(tǒng)一的最低標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，只是沿用了早期技術(shù)條件下解決問題的權(quán)宜之計，缺少充分的依據(jù)，而且抹殺了那些強(qiáng)度雖然較弱但作用仍很重要的層結(jié)，并且將相聯(lián)系的200 m水深附近海區(qū)的躍層分布因水深差異而割裂開來。目前，大多數(shù)躍層研究或應(yīng)用中基本采用了從強(qiáng)選取的躍層確定方法，但其顯然漏掉了對具體研究特別是現(xiàn)場應(yīng)用仍有顯著影響的過渡區(qū)。

上述躍層的定義和確定方法，基本都是依據(jù)海洋要素的垂直剖面分布圖給出的，其局限性與海洋要素垂直剖面分布圖的表達(dá)能力直接相關(guān)，并且，這種圖的比例尺及縱橫軸比的變化會明顯影響到躍層的表達(dá)和識別。

所以，我們以內(nèi)波研究中躍層的系統(tǒng)把握和表達(dá)為牽引，提出了全水層的海洋層結(jié)譜表達(dá)法，基此建立起一套關(guān)于躍層的定義、表達(dá)、確定和識別的系統(tǒng)方法。

1　全水層的海洋層結(jié)“譜”表達(dá)法

海洋中溫度、鹽度、密度等要素隨深度的分布，稱為海洋層結(jié)[7-8]。對于流體靜力學(xué)穩(wěn)定平衡狀態(tài)的水體，一般情況下，溫度會隨深度的增加而減小，鹽度和密度會隨深度的增加而增大。實際上，由于地球旋轉(zhuǎn)、太陽輻射、海面冷卻、降水、風(fēng)、波浪、內(nèi)波和水團(tuán)運動等因素的影響，海洋要素隨深度的具體變化往往比較復(fù)雜，但基本都可由以下3種水層狀態(tài)疊置而成：1)海洋要素隨深度的變化很小，幾乎呈垂直均勻狀態(tài)，稱為均勻?qū)樱畛Ｒ姷氖墙Ｃ娴纳暇鶆驅(qū)雍徒５椎南戮鶆驅(qū)樱?)海洋要素隨深度的變化很大，呈現(xiàn)出階躍特征，稱為躍層，一般位于上均勻?qū)雍拖戮鶆驅(qū)又g；3)海洋要素隨深度的變化幅度介于均勻?qū)雍蛙S層之間，缺乏顯著、穩(wěn)定的特征，多表現(xiàn)出抖動性或漸變性，稱為弱層結(jié)層，一般位于均勻?qū)优c躍層之間或躍層與躍層之間。有的海水剖面包括了一系列躍層，且強(qiáng)弱差別很大，使層結(jié)結(jié)構(gòu)頗為復(fù)雜。

全水層的海洋層結(jié)是一個完整的系統(tǒng)，躍層只是層結(jié)顯著性的代表，對躍層的認(rèn)識、理解與把握必須基于全水層的層結(jié)結(jié)構(gòu)。在諸如聲傳播和內(nèi)波等很多應(yīng)用領(lǐng)域，倘忽略整個水層的其他層結(jié)結(jié)構(gòu)，而只對躍層進(jìn)行研究，往往會產(chǎn)生片面化的效果。很多研究都很有必要在對全水層層結(jié)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)把握的基礎(chǔ)上，再對躍層進(jìn)行重點分析。為此，從信號處理的角度出發(fā)，提出了全水層的海洋層結(jié)“譜”表達(dá)法，具體實現(xiàn)步驟如下：

1)數(shù)據(jù)檢查。對要研究的海洋要素(如水溫、鹽度和密度等)剖面進(jìn)行質(zhì)控檢查，如果因觀測誤差導(dǎo)致垂直剖面曲線有毛刺現(xiàn)象，需要根據(jù)海水性質(zhì)的連續(xù)性原理進(jìn)行平滑，從而減少全水層的海洋層結(jié)“譜”噪音信號。

2)成譜轉(zhuǎn)換。將要研究的海洋要素全水層剖面對深度求一階導(dǎo)數(shù)，其結(jié)果就是每個觀測點處的變化梯度，從而得到海洋要素全水層的變化梯度隨水深的分布，這就是全水層的海洋層結(jié)“譜”。

3)譜形圖繪制。首先繪制海洋要素的垂直變化梯度零線，它是海洋層結(jié)譜的基準(zhǔn)參考線，然后將整個水層各觀測點處的變化梯度隨深度的變化曲線繪制出來，形成全水層的海洋層結(jié)“譜”圖。

這樣以來，不僅把全水層的海洋層結(jié)全面、系統(tǒng)、完整、準(zhǔn)確地表達(dá)出來，更是把躍層形態(tài)及變化特征全面、系統(tǒng)、完整、準(zhǔn)確地凸顯出來，而且基本避免了海洋要素垂直剖面分布圖比例尺選取對躍層強(qiáng)度顯著性表達(dá)的影響。事實上，在全水層的海洋層結(jié)“譜”圖上，躍層就是其中的“譜峰”。

為解讀全水層海洋層結(jié)譜圖對躍層研究的重要作用，以水溫為例，按照上述的步驟與方法，繪制全水層海洋層結(jié)譜圖，并與相應(yīng)的海洋要素垂直剖面分布圖對比分析。圖1和圖2都是單躍層，且圖2是逆躍層，全水層水溫層結(jié)譜圖不僅把整個剖面的層結(jié)特征全面、系統(tǒng)、定量地表達(dá)出來，更是把躍層形態(tài)及變化特征以“譜峰”的形式全面、系統(tǒng)、定量的凸顯出來，直接避免了垂直剖面分布圖在躍層表達(dá)方面的間接性和非定量性。圖3是雙躍層，水溫層結(jié)譜圖表現(xiàn)為“雙譜峰”結(jié)構(gòu)，雙躍層之間的層結(jié)仍然較明顯，且梯度變化近于漸變；相應(yīng)的垂直剖面圖則在躍層識別、確認(rèn)和定量化等方面都有不同程度的欠缺。圖4表達(dá)了不同比例尺的海洋要素垂直剖面分布圖和全水層海洋層結(jié)譜圖的區(qū)別，當(dāng)垂直剖面分布圖的溫度軸與深度軸相比較窄時，躍層強(qiáng)度的顯著性直觀較小，較寬時則直觀較大，且易在下界點的確定上出現(xiàn)爭議；而對于全水層的海洋層結(jié)譜圖，則基本不受坐標(biāo)軸比例尺的影響，且將有爭議下界點處的梯度變化準(zhǔn)確、定量的表達(dá)出來，譜峰的結(jié)構(gòu)比較明確地顯示出剖面分布圖中AB段和BC段的相互關(guān)系。

圖1　單躍層的海洋要素垂直剖面分布圖與全水層海洋層結(jié)譜圖Fig.1　Vertical profile of single spring layer and its spectrum

圖2　逆躍層的海洋要素垂直剖面分布圖與全水層海洋層結(jié)譜圖Fig.2　Vertical Profile of reversed spring layer and its spectrum

圖3　雙躍層的海洋要素垂直剖面分布圖與全水層海洋層結(jié)譜圖Fig.3　Vertical profile of double spring layer and its spectrum

圖4　不同比例尺的海洋要素垂直剖面分布圖與全水層海洋層結(jié)譜圖Fig.4　Two different vertical profiles and their corresponding spectra

2　躍層與上下層水體分界點的自適應(yīng)檢測

躍層之所以成為躍層，是因為它與上下層水體存在性質(zhì)差異，既然有差異，就應(yīng)該存在相應(yīng)的分界特征。在全水層的海洋層結(jié)譜圖上，躍層可以明確表征為海洋要素垂直變化梯度曲線的譜峰區(qū)，為確定躍層與上、下水體的分界，采用數(shù)學(xué)方法對譜峰進(jìn)行自適應(yīng)端點檢測，以發(fā)現(xiàn)譜峰自然存在的端點位置。

在海洋要素的全水層海洋層結(jié)譜圖上，作為躍層與上下層水體分界點的譜峰端點，一方面，因為要保證整個譜峰或躍層的完整性而應(yīng)該趨近于海洋要素垂直變化梯度的零線；另一方面，因為要保證躍層的強(qiáng)度特征而不能無限制地接近海洋要素垂直變化梯度的零線。所以，躍層譜峰端點自適應(yīng)檢測的關(guān)鍵，是分別在譜峰的上、下根部區(qū)找到距海洋要素垂直變化梯度零線適當(dāng)距離、又具有自然轉(zhuǎn)折屬性的特征點，分別稱為譜峰的上端點和下端點。

2.1躍層譜峰端點的曲率區(qū)域最值檢測法

躍層與上下水體的分界表現(xiàn)在海洋要素的垂直變化梯度曲線上，就應(yīng)該是曲線某種性質(zhì)的轉(zhuǎn)折點，而曲線最直接的性質(zhì)就是它的彎曲程度，所以，可以對海洋要素垂直變化梯度曲線上的點求曲率，得到曲率的垂直變化曲線，從中分別對譜峰的上、下根部區(qū)進(jìn)行最值點(也即轉(zhuǎn)折點)檢測，從而確定譜峰端點。

曲率是曲線上點的切線方向角對弧長的轉(zhuǎn)動率，通過微分來定義，表明曲線偏離直線的彎曲程度，其計算表達(dá)式為

(1)

式中，K為曲率；x′為海洋要素對深度的一階導(dǎo)數(shù)；x″為海洋要素對深度的二階導(dǎo)數(shù)。

如圖5所示，對海水溫度垂直變化梯度曲線上的點求曲率，得到海水溫度梯度曲線的曲率垂直變化曲線，其中，在躍層譜峰上、下根部區(qū)的對應(yīng)位置，的確分別存在著顯著的最值點(點A、B)，表現(xiàn)出曲線的轉(zhuǎn)折性質(zhì)和躍層的分界特征，將其分別對應(yīng)在溫度梯度的垂直分布曲線和海水溫度的垂直分布曲線上，就得到了躍層譜峰的端點(點C、D)，也即躍層與上下水體的分界(點E、F)。

上述表明，躍層譜峰端點的曲率區(qū)域最值檢測法只根據(jù)躍層的自然屬性和曲率曲線的性質(zhì)，不依賴于人為主觀規(guī)定的躍層強(qiáng)度最低標(biāo)準(zhǔn)，具有自動適應(yīng)的特征。

圖5　躍層譜峰端點的曲率區(qū)域最值檢測法示意圖Fig.5　Vertical profile and its corresponding spectrum and locations of maximum curvature

2.2躍層譜峰端點的小波變換檢測法

從信號處理的角度來看，既然躍層譜峰信號根部存在特征轉(zhuǎn)折點，那么可以采用一定的信號處理的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行特征點的提取。小波變換是一種能夠細(xì)化局部信號，放大特征變化信號的數(shù)學(xué)分析方法，可以通過對原信號與小波基函數(shù)使用卷積運算得到小波變換系數(shù)，卷積的物理含義是兩個圖形的相似性，即小波變換的實質(zhì)是原信號與小波基函數(shù)的相似性，小波系數(shù)就是小波基函數(shù)與原信號相似的系數(shù)。因此，為實現(xiàn)躍層譜峰端點的小波變換有效檢測，應(yīng)該有如下兩個原則：

1)選擇與躍層譜峰曲線比較相似的小波母函數(shù)構(gòu)造小波基函數(shù)，以保證小波變換在凸顯特征信號的同時，體現(xiàn)原始信號的總體趨勢；

2)所選擇的小波母函數(shù)在譜峰根部有明確且唯一的區(qū)域最值點，也即轉(zhuǎn)折特征點，以保證小波變換之后方便提取出特征信號點。

躍層譜峰曲線具有類高斯分布的特征，而Mexican Hat函數(shù)為高斯函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，它的表達(dá)式為

(2)

其波形圖如圖6所示。

圖6　Mexican Hat函數(shù)時域波形圖Fig.6　Time domain waveform of Mexican Hat

Mexican Hat小波又稱Marr小波，滿足躍層譜峰端點小波變換檢測對小波母函數(shù)選擇的要求，由其生成的Marr小波基函數(shù)和小波系數(shù)如下：

(3)

式中，Ψa,b(z)為Ψ(z)通過尺度伸縮和平移計算得到的小波基函數(shù)；a為伸縮尺度；b為平移因子；f(z)為全水層的海洋層結(jié)譜函數(shù)；Wf(a,b)為小波變換得到的小波系數(shù)。

圖7 躍層譜峰端點的小波變換檢測法示意圖Fig.7　Upper and lower bounds of spring layer detected by Wavelet Transform method

如圖7所示，同樣以水溫為例，將全水層的海洋層結(jié)譜進(jìn)行以Marr小波為基函數(shù)的小波變換，其中伸縮尺度a取為4，不進(jìn)行平移，得到小波系數(shù)曲線圖，其中，在躍層譜峰上、下根部區(qū)的對應(yīng)位置，也的確分別存在著顯著的小波系數(shù)最值點(點A、B)，將其分別對應(yīng)在溫度梯度的垂直分布曲線和海水溫度的垂直分布曲線上，就得到了躍層譜峰的端點，也即躍層與上下水體的分界(點E、F)。

躍層譜峰端點的小波變換檢測法是根據(jù)躍層的自然屬性通過數(shù)學(xué)變換實現(xiàn)的，也具有自動適應(yīng)的特征，不依賴于人為主觀規(guī)定的躍層強(qiáng)度最低標(biāo)準(zhǔn)。

另外，無論是曲率區(qū)域最值檢測，還是小波變換檢測，它們在進(jìn)行躍層譜峰端點檢測的同時，也將譜峰頂點更顯著的檢測出來，只是譜峰頂點本身就很顯著，所以減少了檢測的必要性，但這同時說明，譜峰頂點是躍層屬性最重要的特征點。

3　表征躍層的“五點三要素”

有了全水層的海洋層結(jié)譜形圖，實現(xiàn)了躍層譜峰端點的自適應(yīng)檢測，結(jié)合傳統(tǒng)的躍層表征和確定方法，可以形成一套關(guān)于躍層的定義、表征、特征及示意要素的系統(tǒng)方法。

在海洋要素的垂直分布曲線圖和全水層海洋層結(jié)譜形圖上，將基于全水層海洋層結(jié)譜形圖利用躍層譜峰端點自適應(yīng)檢測的躍層界點位置，和基于海洋要素垂直分布曲線利用曲率最值點確定的躍層界點位置，分別全都標(biāo)示出來，如圖8所示。

圖8　躍層“五點三要素”確定示意圖Fig.8　A diagram for key points and their locations of a spring layer

從圖8可以看出，在海洋要素垂直分布曲線圖上，躍層表現(xiàn)為海洋要素隨深度變化發(fā)生階躍特征的水層；在海洋要素全水層海洋層結(jié)譜形圖上，躍層表現(xiàn)為海洋要素垂直變化梯度隨深度變化出現(xiàn)的譜峰區(qū)。以譜峰頂點(即躍層強(qiáng)度最大值點)為中心，居上的譜峰端點稱為躍層上界點，居下的譜峰端點稱為躍層下界點，上、下界點之間的譜峰區(qū)稱為躍層；而基于海洋要素垂直分布曲線利用曲率最值點確定的躍層恰位于譜峰區(qū)的頂點附近，實際上是躍層中的強(qiáng)躍層區(qū)，強(qiáng)躍層的上端點稱為強(qiáng)躍層上界點，強(qiáng)躍層的下端點稱為強(qiáng)躍層下界點；躍層上界點至強(qiáng)躍層上界點之間的水層稱為上過渡區(qū)，躍層下界點至強(qiáng)躍層下界點之間的水層稱為下過渡區(qū)。

事實上，躍層的這5個特征點是躍層本身自然屬性的體現(xiàn)，首先是譜峰頂點，體現(xiàn)了整個譜峰的最大/小值，稱為躍層最值點，幾乎所有的躍層都具有這個躍層強(qiáng)度的最大/小值點；其次是躍層上界點和下界點，表明躍層和上、下水體的分界，這兩點和躍層最值點一起，能夠控制躍層的整體特征，該區(qū)躍層的平均強(qiáng)度，稱為躍層平均強(qiáng)度；至于強(qiáng)躍層的上、下界點，則表明強(qiáng)躍層和躍層上、下過渡區(qū)的分界，這兩點和躍層最值點一起，能夠控制強(qiáng)躍層的整體特征，該區(qū)強(qiáng)躍層的平均強(qiáng)度，稱為強(qiáng)躍層平均強(qiáng)度。所以，躍層上界點、強(qiáng)躍層上界點、躍層最值點、強(qiáng)躍層下界點、躍層下界點和躍層最大強(qiáng)度、強(qiáng)躍層平均強(qiáng)度、躍層平均強(qiáng)度一起，稱為躍層的“五點三要素”，能夠全面反映一個躍層的基本特征。

4　結(jié)　論

為了更直接、更完整、更可靠、更準(zhǔn)確地對海洋躍層進(jìn)行定義、表現(xiàn)、識別和表征，得到系統(tǒng)而完整的躍層各類特征全海區(qū)分布圖，本文在把握躍層物理屬性的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)手段對其進(jìn)行表現(xiàn)和揭示，主要結(jié)論如下：

1)直接用海洋要素的垂直變化梯度表現(xiàn)層結(jié)，得到由梯度零線和梯度垂直分布曲線構(gòu)成的全水層海洋層結(jié)譜形圖，從而把躍層形態(tài)、垂直變化過程及特征全面、系統(tǒng)、完整、準(zhǔn)確地凸顯出來。

2)躍層與上下層水體之間的分界特征是躍層本身的自然屬性，其最直接的表現(xiàn)就是定義躍層自身的垂直變化梯度曲線在分界處的轉(zhuǎn)折性。曲率區(qū)域最值檢測法直接利用譜峰曲線的彎曲特性，將分界處的轉(zhuǎn)折特征表達(dá)為曲率曲線的譜峰根部區(qū)域最值點；小波變換檢測法通過選擇與躍層譜峰相似且端點突出的小波母函數(shù)，將分界處的轉(zhuǎn)折特征表達(dá)為小波系數(shù)曲線的譜峰根部區(qū)域最值點。從而分別實現(xiàn)了躍層上下層水體分界點的自適應(yīng)檢測。

3)躍層作為水體層結(jié)最重要的現(xiàn)象，具有躍層上界點、強(qiáng)躍層上界點、躍層最值點、強(qiáng)躍層下界點、躍層下界點五個躍層屬性的特征點，以及躍層最大強(qiáng)度、強(qiáng)躍層平均強(qiáng)度、躍層平均強(qiáng)度三個躍層強(qiáng)度要素，稱為躍層的“五點三要素”，能夠全面表征一個躍層的基本特征。其中，躍層上界點、躍層下界點和躍層最值點一起，控制了躍層的平均強(qiáng)度，能夠體現(xiàn)躍層的全面性、整體性特征；強(qiáng)躍層上界點、強(qiáng)躍層下界點和躍層最值點一起，控制了強(qiáng)躍層的平均強(qiáng)度，能夠體現(xiàn)強(qiáng)躍層的顯著性特征；最值得強(qiáng)調(diào)的是躍層最值點和躍層最大強(qiáng)度，其對躍層特征的代表性和實際應(yīng)用有重要意義。

至此，在物理具象明確、數(shù)學(xué)方法清楚的原則要求下，提出了全水層的海洋層結(jié)譜表達(dá)法，基此建立起一套關(guān)于躍層的定義、表達(dá)、確定和識別的系統(tǒng)方法。

[1]ZHOU Y X. Statical analysis ocean thermocline on the South China Sea[D].Qingdao: Qingdao Ocean University, 2002. 周燕遐. 南海海洋溫度躍層統(tǒng)計分析[D]. 青島:青島海洋大學(xué), 2002.

[2]XIONG W Y, ZHOU J F. The military big dictionary[M].Beijing: The Great Wall Press，2000. 熊武一, 周家法. 軍事大辭海[M].北京:長城出版社, 2000.

[3]PICKARD G L, EMERY W J. Descriptive physical oceanography: An introduction[M].America: Academic Press, 2011:76.

[4]SPRINTALL J, TOMCZAK M. Evidence of the barrier layer in the surface layer of the tropics[J].Journal of Geophysical Research, 1992, 97(C5): 7305-7316.

[5]YAN H M. A dictionary of marine science[M]. Shenyang: Liaoning People's Publishing House, 1998. 嚴(yán)宏謨. 海洋大辭典[M].沈陽: 遼寧人民出版社, 1998.

[6]General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of The People's Republic of China. The specifications for oceanographic survey-Part 7: Exchange of oceanographic survey data.GB/T 12763.7-2007[S]. Beijing: Standards Press of China, 2007.中華人名共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 海洋調(diào)查規(guī)范-第七部分: 海洋調(diào)查資料交換. GB/T 12763.7-2007[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2007.

[7]FANG X H, DU T. Fundamentals of oceanic internal waves and internal waves in the China Sea[M]. Qingdao: China Ocean University Press, 2005: 1-10. 方欣華, 杜濤.海洋內(nèi)波基礎(chǔ)和中國海內(nèi)波[M].青島: 中國海洋大學(xué)出版社, 2005: 1-10.

[8]JOHN M,HELEN J, RICHARD K, et al. Can eddies set ocean stratification[J]? Journal of Physical Oceanography, 2002, 32(1):26-38.

Spectral Expression and Self-adjusting Detection of Spring Layer

CHEN Liang1,XIONG Xue-jun1,2,3,LI Xiao-long4,SU Jie1

(1.TheFirstInstituteofOceanography,SOA, Qingdao 266061, China;2.KeyLabofMarineScienceandNumericalModeling,SOA,Qingdao 266061,China;3.QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology, Qingdao 266237,China;4.CNOOCDeepwaterExploitationCo.Ltd., Shenzhen 518067, China)

A spectral method expressing the entire vertical profile of spring layer is proposed. With this method, the vertical characteristics of spring layer can be well expressed with the vertical distribution of the gradient of marine variables combined with a reference line though the zero point of this distribution. The upper and lower bounds can be determined by the minimum curvature of the spring layer spectrum and wavelet transform method, which can be defined as 'Five points and three factors'. Five key elements of this method includes the upper bound of spring layer, upper bound of major spring layer, the maximum of spring layer, lower bound of major spring layer, and lower bound of spring layer; the three strength-related factors of spring layer are the maximum intensity of spring layer, average intensity of major spring layer and average intensity of spring layer. Based on this method, we can describe the spring layer and determine its characteristic objectively and comprehensively, which are helpful for studying the spring layer and its related applications.

spectrum of spring layer; bound detection; self-adjusting; curvature; wavelet transform analysis; five points and three factors

January 26,2016

2016-01-26

國家科技重大專項——南海北部內(nèi)波流監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用(2016ZX 05057015)；海洋工程裝備科研項目——500米水深油田生產(chǎn)裝備TLP自主研發(fā)-內(nèi)波流預(yù)警方案研究及內(nèi)波流監(jiān)測系統(tǒng)研制；國家自然科學(xué)基金項目——黃海暖流的多時相特征及其發(fā)生機(jī)制研究(41376038)；國家自然科學(xué)基金委員會-山東省人民政府聯(lián)合資助海洋科學(xué)研究中心項目——海洋環(huán)境動力學(xué)和數(shù)值模擬(U1406404)；國家專項子課題——黑潮結(jié)構(gòu)時空變化特征對中國近海環(huán)流的影響分析(GASI-03-01-01-02)；國家專項子課題——黑潮不穩(wěn)定性及多核結(jié)構(gòu)(GASI-IPOVAI-01-05)；國家重大科學(xué)研究計劃項目——太平洋印度洋對全變暖的響應(yīng)及其對氣候變化的調(diào)控作用-熱帶太平洋印度洋海洋觀測 (2012CB955601)；海洋公益性行業(yè)科研專項——常用海底聲納測量儀器計量檢測關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用(200905024)；國家自然科學(xué)基金青年基金項目——東海黑潮三維結(jié)構(gòu)及季節(jié)變化研究(40406009)

陳亮(1990-)，男，湖北赤壁人，碩士研究生,主要從事區(qū)域海洋動力學(xué)及調(diào)查技術(shù)方面研究.E-mail：chenliang@fio.org.cn

熊學(xué)軍(1976-)，男，河南固始人，研究員，博士，主要從事區(qū)域海洋動力學(xué)及調(diào)查技術(shù)方面研究.E-mail：xiongxj@fio.org.cn

(李燕編輯)

P731

A

1671-6647(2016)03-0328-09

10.3969/j.issn.1671-6647.2016.03.001