黑潮锋区的水温分形特征研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com黑潮锋区的水温分形特征研究韩梅，周艳霞2，笪良龙(1．海军潜艇学院海军战术水声数据中心，山东青岛266071；2．海军潜艇学院训练部，山东青岛266071)摘要：借助GISArcView软件分析提取黑潮锋区域，将一定间隔的经纬度点的温度值生成等值线以此为研究对象，应用网格法计算了20。～30~N，120。～130。E范围内黑潮锋区50m和100m深处水温的分维值，100m深处的分维值波动较50m深处小，但整体上分维值较50m深处大。计算结果符合黑潮锋区强度的实际分布情况，初步认为分形维数能够表征黑潮锋强度，分维值随黑潮锋强度的增大

2、而增大。关键词：黑潮锋；水温；分形维数中图分类号：0427文献标识码：A文章编号：1000—3096(2008)05．0028—04海军作战，特别是潜艇战和反潜战都是在海水方法，并通过改变多项式的次数来控制拟合精度。介质中展开，而声波是海水介质中唯一能够良好传温度场空间曲面的水平梯度是位置点的函数，给定播信息的载体。在黑潮锋区水声环境极为复杂，水位置点的梯度是曲面上该点O的场值与方位角为下三维声场形成了一系列声传播的奇异区域，这就的方向上D点之间的梯度值，如图1所示。对声纳的探测与反探测产生显著的影响。特别是随着卫星遥感技术的不断发展，使得那些能够引起水下声传播畸变的海洋锋、涡

3、旋以及内波等中尺度现象的观测和预报成为可能，因此如何有效地提取这些中尺度现象的主要特征对于海军舰艇作战效能的提高显得尤为重要。长期以来，人们习惯用简单的标准来判断黑潮锋的存在及其强度，比如中国的海洋工作者大都以0．1℃／nmile的标准来判断海洋锋是否存在，对其强度的描述图1温度场水平梯度空间分布更为笼统。这对潜艇指挥人员是远远不够的。作者借Fig．1Distributionsofhorizontalgradsintemperaturefield助于GISArcView软件分析提取黑潮锋区域，应用网格法计算了20。～30。N，120。～130。E范围内黑潮假设温度场数据的某一空

4、间层中有，2个观测点锋区50m和100m深处水温的分维值。经过分析比l2)(，=1，2⋯．，，2)，观测值分别为zt(／=1，2．，，2)，则较初步得出分形维数能够表征黑潮锋强度，分维值随该空问分布Z的趋势面可表示为Jv次多项式：黑潮锋强度的增大而增大的结论，为潜艇指挥人员提=供一种决策依据。∑aUY(1)f，=01在GISArcView中黑潮锋的界定i+j

5、N(1)式中a／j通过最小二乘法求解，算法如下：黑潮锋区是一空间区域，在不同的空间方向2"上，水温各不相同，对于网格化水温数据的锋面特Q=∑Z，一，)征提取采用空间的面分析方法。本文采用了趋势面分析方法建立锋区水平特征参数

6、的提取模型，其基本原理是根据温度场的空间分布数据，拟合一个数字曲面，用该数学曲面来反映温度场空间分布的变化情况。趋势面的拟合精度具有特殊性，它并不要收稿曰期：2005．O1．【)4：修[旦1日期：2008．02．28求有很高的拟合精度，相反，过高的拟合精度反而作者简介：韩梅(1967．)，女，山东淄博人，硕士，副教授，目前主要会使得温度场趋势面难以反映锋区分布的主体特从事水声战、海洋环境要素的分形特征研究；周艳霞，通讯作者，电话：征。在实际温度场趋势面分析中采用多项式的分析13173208579，E-mail：zhoujx703@126．corn28海洋科学／2008年／第32

7、卷／第5期维普资讯http://www.cqvip.com日QIJⅣ不会影响分形维数的计算。本研究中水温等值线间一∑／∑xI：，)2隔为0．4。C。图3～图6分别为黑潮锋区50m和100m深处的水温等值线。为使三尽可能逼近，Q应当取极小值，根据数学分析原理，当Q对于一切a的偏导数为0时，所确定的a可使Q极小。不失一般性，记i=rj=s时的a为a，则：aQ=喜ij~r，s=。㈩(3)式可变为：∑∑(，i”I：，怕)=∑z，x，r，s展开为：∑f，=∑f∑j”yl+l=1，：l，=1图2黑潮锋位置示意图Fig．2SketchmapoftheKuroshio’Sposition∑·⋯

8、∑xj”y／”一·，=1，=1取r,s=0，1⋯．，，+≤Jv。通过上式确定各a的值，从而确定=>ax。上式有解的充要条件是左边的矩：0，i+j<-N阵可逆，这在"足够大(至少不小于N=I)、观测点之间较少共线的情况下是可以保证的。由以上分Ⅳ析可知，当Jv确定后，三=’aixyJ式唯一确定，．j=0ijsN则温度场趋势面的拟合精度确定，因此设定不同的Jv值可获得不同的拟合精度，实际分析中采用三次图32月50m层水温等值线Fig．3Isolineofsea—watertemperatureat