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本格拉上升流锋时空变化特征研究

刘建斌，张永刚

本格拉上升流锋时空变化特征研究刘建斌，张永刚

（海军大连舰艇学院，辽宁大连116018）

本格拉上升流区域作为大西洋东边界上升流区域，对于区域乃至全球气候均有重要影响；同时上升流区域处于非洲南部与拉丁美洲相近，战略地位重要。海洋锋作为海洋中尺度现象对海汽相互作用、生物多样性，水下声传播等均有较大影响。因此，对本格拉上升流锋时空分布、锋强度季节变化具有较高的科研、经济和军事价值。通过WOA13季节平均数据对上升流锋区三维空间分布特点，锋强度分布季节变化等方面进行了分析。分析结果表明：本格拉上升流锋锋轴线随深度增加逐渐偏离海岸，锋轴线位置随季节改变摆动幅度不大；本格拉上升流锋强度分布具有明显的南北差异，呈现南强北弱的特点，且在浅层温度锋强度有较大季节差异，锋强度垂直方向上最大值位于30~90m水层内。

本格拉上升流锋；锋强度；时空变化；WOA13

本格拉上升流是由于大尺度离岸风作用产生的，是世界大洋重要的东边界上升流区域，形成的本格拉寒流也是著名的大洋东边界流，对全球气候产生重要影响。此外，本格拉上升流加速了深海与浅海热量、物质交换，使得这一海域成为世界上最具生物活力和多样性丰富的地区之一，其渔业资源丰富（Paulyetal，1995）。因此对于这一区域的研究具有较大的学术价值和经济价值。而海洋锋作为大洋中海水剧烈变化的区域，对于区域海水温盐分布、中尺度涡形成有着重要影响（Xieetal，2002）。除此之外，海洋锋对于水下声音传播影响作用不可忽略，锋区水平方向上的剧烈变化会引起声线的折射（Geogesetal，1987），菅永军等（2006）利用二维PE模型通过对黑潮锋区实测数据的分析认为有无锋区的声传播损失最大能达20dB，这些都对水下及水面舰艇的活动产生影响，而且随着国家利益向南部非洲国家与拉美洲国家延伸，本格拉上升流锋研究的军事价值必将会进一步凸显。

目前对于本格拉上升流锋区的研究主要集中在上升流产生机制、对上升流动力学模型构建以及海汽相互作用等。如Wolfgang（1999），以及Jo?o等

（2012）对本格拉上升流建立了较完备的数学、物理模型，Tim等（2015）研究了海表面风对上升流的作用。

然而，国内外对于本格拉上升流锋的研究还比较少，有限的研究也仅限于对表层海洋锋的研究，缺乏对海洋锋三维结构变化的描述，如Cayula等（1992）利用边缘检测的方法对卫星图像进行锋面提取，对于上升流的季节变化情况研究也较少。因此，本文利用三维温度、盐度季节平均格点数据，对本格拉上升流温、盐锋分布范围以及强度时空变化特点等进行研究。

数据与锋面分析方法

数据介绍

WOA13（WorldOceanAtlas2013）是来自美国国家海洋大气管理局（NOAA）国家海洋数据中心（NODC）的海洋气候学数据集产品，包涵全球多种海洋要素数据，分为年平均、季节平均、和月平均数据，是多种数据集的整合产品，包含多种实测数据，空间分辨率有：5°、1°、0.25°3种，在深度上，利用内插值的方法，从表层到最大深度5500m分为102层（Boyer，2013）。区别于卫星数据只能研究表面海洋锋的缺点。WOA13数据是WOA系列的最新产品，能达0.25°在分析精度上更优。

本文选用1955-2012年季节平均0.25°网格温度（Locarninietal，2013）、盐度（Zwengetal，2013）数据分析非洲南部西海岸海洋锋。需要说明的是WOA13数据虽然是平均格点化插值数据，在表现海洋锋强度上比实际值要低，因此本文出现的强度一般都比实际值小。但是WOA13数据在表现锋区，特别是锋轴线上位置、强度的变化特点上具有较好的效果，可以分析强度随空间的分布特点，随季节的变化规律等。

锋面分析方法

海洋锋表现在图像上具有弱边缘性的特点，以往对于海洋锋的提取多采取图像边缘处理的方法如基于Candy和数学形态的方法（张伟等，2014）以及基于小波分析的锋提取方法（薛存金等，2006），但这些方法不仅计算量大且不能表现锋区强度信息，提取的锋轴线模糊与实际有一定的偏差，对于网格化数据并不实用。而Shenfu等（2006）在研究南极极地锋时采用绝对梯度来确定锋区强度，采用绝对梯度经线最大值连线的方法确定锋轴线并取得了很好的效果。何琰等（2011）也利用类此方法对北欧海面锋轴线进行提取，分析了其位置变

化信息并与实测数据得到的结论相一致。因此本文参考上述方法对锋面进行提取分析，其中绝对梯度的定义为：

由于本格拉上升流锋是大致沿经线方向分布，因此在对其进行锋轴线提取时，首先计算锋区每条纬线（间隔1/4纬度）最大值，然后