黑潮鋒區(qū)的水溫分形特征研究

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1、維普資訊http://www.cqvip.com黑潮鋒區(qū)的水溫分形特征研究韓梅，周艷霞2，笪良龍(1．海軍潛艇學(xué)院海軍戰(zhàn)術(shù)水聲數(shù)據(jù)中心，山東青島266071；2．海軍潛艇學(xué)院訓(xùn)練部，山東青島266071)摘要：借助GISArcView軟件分析提取黑潮鋒區(qū)域，將一定間隔的經(jīng)緯度點的溫度值生成等值線以此為研究對象，應(yīng)用網(wǎng)格法計算了20?！?0~N，120?！?30。E范圍內(nèi)黑潮鋒區(qū)50m和100m深處水溫的分維值，100m深處的分維值波動較50m深處小，但整體上分維值較50m深處大。計算結(jié)果符合黑潮鋒區(qū)強度的實際分布情況，初步認為分形維數(shù)能夠表征黑潮鋒強度，分維值隨黑潮鋒強度的增大

2、而增大。關(guān)鍵詞：黑潮鋒；水溫；分形維數(shù)中圖分類號：0427文獻標識碼：A文章編號：1000—3096(2008)05．0028—04海軍作戰(zhàn)，特別是潛艇戰(zhàn)和反潛戰(zhàn)都是在海水方法，并通過改變多項式的次數(shù)來控制擬合精度。介質(zhì)中展開，而聲波是海水介質(zhì)中唯一能夠良好傳溫度場空間曲面的水平梯度是位置點的函數(shù)，給定播信息的載體。在黑潮鋒區(qū)水聲環(huán)境極為復(fù)雜，水位置點的梯度是曲面上該點O的場值與方位角為下三維聲場形成了一系列聲傳播的奇異區(qū)域，這就的方向上D點之間的梯度值，如圖1所示。對聲納的探測與反探測產(chǎn)生顯著的影響。特別是隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，使得那些能夠引起水下聲傳播畸變的海洋鋒、渦

3、旋以及內(nèi)波等中尺度現(xiàn)象的觀測和預(yù)報成為可能，因此如何有效地提取這些中尺度現(xiàn)象的主要特征對于海軍艦艇作戰(zhàn)效能的提高顯得尤為重要。長期以來，人們習(xí)慣用簡單的標準來判斷黑潮鋒的存在及其強度，比如中國的海洋工作者大都以0．1℃／nmile的標準來判斷海洋鋒是否存在，對其強度的描述圖1溫度場水平梯度空間分布更為籠統(tǒng)。這對潛艇指揮人員是遠遠不夠的。作者借Fig．1Distributionsofhorizontalgradsintemperaturefield助于GISArcView軟件分析提取黑潮鋒區(qū)域，應(yīng)用網(wǎng)格法計算了20。～30。N，120?！?30。E范圍內(nèi)黑潮假設(shè)溫度場數(shù)據(jù)的某一空

4、間層中有，2個觀測點鋒區(qū)50m和100m深處水溫的分維值。經(jīng)過分析比l2)(，=1，2?．，，2)，觀測值分別為zt(／=1，2．，，2)，則較初步得出分形維數(shù)能夠表征黑潮鋒強度，分維值隨該空問分布Z的趨勢面可表示為Jv次多項式：黑潮鋒強度的增大而增大的結(jié)論，為潛艇指揮人員提=供一種決策依據(jù)?！芶UY(1)f，=01在GISArcView中黑潮鋒的界定i+j

5、N(1)式中a／j通過最小二乘法求解，算法如下：黑潮鋒區(qū)是一空間區(qū)域，在不同的空間方向2"上，水溫各不相同，對于網(wǎng)格化水溫數(shù)據(jù)的鋒面特Q=∑Z，一，)征提取采用空間的面分析方法。本文采用了趨勢面分析方法建立鋒區(qū)水平特征參數(shù)

6、的提取模型，其基本原理是根據(jù)溫度場的空間分布數(shù)據(jù)，擬合一個數(shù)字曲面，用該數(shù)學(xué)曲面來反映溫度場空間分布的變化情況。趨勢面的擬合精度具有特殊性，它并不要收稿曰期：2005．O1．【)4：修[旦1日期：2008．02．28求有很高的擬合精度，相反，過高的擬合精度反而作者簡介：韓梅(1967．)，女，山東淄博人，碩士，副教授，目前主要會使得溫度場趨勢面難以反映鋒區(qū)分布的主體特從事水聲戰(zhàn)、海洋環(huán)境要素的分形特征研究；周艷霞，通訊作者，電話：征。在實際溫度場趨勢面分析中采用多項式的分析13173208579，E-mail：zhoujx703@126．corn28海洋科學(xué)／2008年／第32

7、卷／第5期維普資訊http://www.cqvip.com日QIJⅣ不會影響分形維數(shù)的計算。本研究中水溫等值線間一∑／∑xI：，)2隔為0．4。C。圖3～圖6分別為黑潮鋒區(qū)50m和100m深處的水溫等值線。為使三盡可能逼近，Q應(yīng)當(dāng)取極小值，根據(jù)數(shù)學(xué)分析原理，當(dāng)Q對于一切a的偏導(dǎo)數(shù)為0時，所確定的a可使Q極小。不失一般性，記i=rj=s時的a為a，則：aQ=喜ij~r，s=。㈩(3)式可變?yōu)椋骸啤?，i”I：，怕)=∑z，x，r，s展開為：∑f，=∑f∑j”yl+l=1，：l，=1圖2黑潮鋒位置示意圖Fig．2SketchmapoftheKuroshio’Sposition∑·?

8、∑xj”y／”一·，=1，=1取r,s=0，1?．，，+≤Jv。通過上式確定各a的值，從而確定=>ax。上式有解的充要條件是左邊的矩：0，i+j<-N陣可逆，這在"足夠大(至少不小于N=I)、觀測點之間較少共線的情況下是可以保證的。由以上分Ⅳ析可知，當(dāng)Jv確定后，三=’aixyJ式唯一確定，．j=0ijsN則溫度場趨勢面的擬合精度確定，因此設(shè)定不同的Jv值可獲得不同的擬合精度，實際分析中采用三次圖32月50m層水溫等值線Fig．3Isolineofsea—watertemperatureat