Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Классификация и районирование вертикальной тонкой структуры гидрофизических полей океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Классификация и районирование вертикальной тонкой структуры гидрофизических полей океана"

российская академия наш

ИНСТИТУТ океанологии игл. п.п.ширшова

Р Г Б ОД

1 3 май та

На правах рукописи удк 551.465

Евгущенко Александр Григорьевич

классификация и районирование вертикальной тонкой структуры гидрофизически полей океана

11.00.08 - океанология

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Морском гидрофизическом институте Национальной Академии наук Украины, г.Севастополь

Научные руководители - доктор физико-математических наук

профессор Н.А.Пантелеев

- доктор физико-математических наук

В.М.Журбас

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

А.М.Кудин

- доктор географических наук

Е.А.Плахин

Ведущая организация - Институт экологии и морских

_ исследований Академии наук Эстонии

Защита состоится " у" И.(.-сйЯ 1996 г. в часов на заседании специализ1фованного Совета К.002.86.02 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте океанологии им. П.П.Ширшова Российской Академии наук по адресу: 117218, Российская Федерация, г.Москва, ул. Красикова, д.23.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института океанологии им. П.П.Ширшова Российской Академии наук.

Автореферат разослан " 3 " уМаЛ 1996 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат географических наук

С.Г.Панфилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В результате исследований гидрофизических полей океана современными зондирующими приборами было достовержГустановлено, что вертикальная тонкая термохалинная структура (TTC) наблюдается повсеместно, причем амплитуды мелкомасштабных неоднородностей убывают с глубиной по мере уменьшения вертикальных фоновых термо-халинных градиентов. На границах водных масс (фронтальных разделах) наблюдаются высокие значения горизонтальных градиентов гидрофизических характеристик, обуславливающие значительный горизонтальный и связанный с ним вертикальный перенос тепла и соли, вызванный процессами интрузионного расслоения [Федоров К.Н., 1983]. Большое влияние на характер тонкой структуры оказывает динамика вод: наличие или отсутствие течений со сдвигом скорости, внутренних волн, очагов генерации турбулентности [Gregg M.С., Sunford M. ,19761. В динамически спокойных, так называемых открытых областях океана, главным источником тонкоструктурного расслоения являются синоптические .лзихри, в том числе внутритермоклинйые линзы (ВТЛ), обладающие аномальными термохалинными характеристиками относительно фоновых вод [Булгаков Н.П. и др., 1989: Парамонов и др., 1981; Берестов и др.,1986; Schmitt R.W. et.al., 1986].

Натурные исследования TTC показали, что ее разнообразные свойства (интенсивность, статистические характеристики, тип структуры) взаимосвязаны с фоновыми условиями стратификации, которые могут определять реализацию конкретных преобладающих механизмов генерации. В современной гидрофизике в вопросе о происховдении TTC различаются два близких по смыслу понятия "механизм генерации" и "структурообразующий процесс" (процесс формирования). Под первым" термином понимается данам;®а явления, а под вторым - его кинематика [Журбас В.М., Озмидов Р.В., 19871. Реализация в океане того или иного структурообразующего процесса "в чистом виде" представляется весьма редким явлением. В основном, один и тот же структурообразующий процесс представлен различной динамикой. Вот почему вопрос об определении наиболее вероятного механизма генерации того или иного типа вертикальной TTC по результату действия конкретного процесса структурообразования занимает одно из центральных мест в гидрофизике.

В атой связи разработка методов классификации вертикальных тонких структур представляется актуальным и перспективным направ-

лением, имеющим большое прикладное значение для натурных и лабораторных исследований физики процессов структурообразования и механизмов генерации вертикальных тонких структур в океане.

Выбор темы диссертации определялся также актуальностью решения задачи мезомасштабного и.крупномасштабного районирования различных акваторий океана по типам TTC, что представляется достаточно вакным при изучении особенностей физических механизмов генерации, трансформации и диссипации вертикальных тонких структур различных типов, исследовании структурообразующих процессов инт-рузионного и ступенчатого расслоения в областях фронтальных разделов и в вихревых образованиях различной природы, в установлении взаимосвязей параметров фоновой крупномасштабной структуры поля скорости со статистическими характеристиками и типами вертикальных тонких структур в океане. . .

Цель работы

1. Разработка метода трехкомпонентной классификации вертикальной тонкой структуры гидрофизических полей океана.

2. Разработке метода трехкомпонентного мезомасштабного и крупномасштабного районирования различных акваторий океана по типам вертикальных тонких структур, базирующегося на усвоении количественных результатов классификации в виде полей параметров -компонент вектора описания типа структуры в выбранном слое. •

Научная новизна и практическая ценность работы

Общеизестно, что в основу любого метода классификации изначально закладывается вполне детерменированный количественный критерий (или набор критериев) распознавания определенного признака (свойства) исследуемых объектов, в соответствии с -которым этот объект относится к одному из заданных, заранее определенных классов (типов). Каждый класс (тип) свойств отличается от всех остальных наличием и относительной количественной устойчивостью этого признака (свойства). Очевидно, что при этом достоверность и качество результатов классификации существенным образом зависит от того, насколько существенным и объективным является выбранный критерий распознавания.

В работе предложен метод трехяомпокенткой классификации тон-

коструктурных профилей, в рамках которого вводятся в рассмотрение три основных (базовых) типа вертикальных тонких структур (монотонный, ступенчатый, инверсионный) и один допольнительный - комбинированный. В качестве основного-количественного критерия распознавания типа структуры в исследуемом слое выбрана простая и эффективная параметризация зависимости безразмерной длины профиля выбранной гидрофизической характеристики от амплитуды вертикальных тонкоструктурных неоднородностей.

Выделение тонкой структуры трех основных типов реализуется методом статистического взвешивания функции плотности распределения критерия распознавания и последующего вычисления трех параметров (моно'тонности -р, ступенчатости т^, инверсионное™ т^ ) -компонент вектора описания типа вертикальной тонкой структуры, который является основным количественным критерием классификации. Функция плотности распределения критерия распознавания представляет собой гистограмму распределения безразмерных длин всех возможных подслоев исследуемого профиля в диапазоне масштабов вертикальных неоднородностей от толщины всего слоя до масштаба Найк-виста.

В работе обсуждается разработанная в рамках векторного метода трехкомпонентной классификации автоматизированная процедура статистического оценивания такого репрезентативного параметра TTC, каким является характерный вертикальный масштаб тонкоструктурных неоднородностей.

Рассматривается интересная аналогия между двумерной геометрической интерпретацией тройки классификационных параметров монотонности т^, ступенчатости т^ и инверсионности т^ и трехцветной системой представления в оптике цветового состава светового излучения в так называемом треугольнике цветности Гашека-Хайтин-гера [Jerlov N.G., 19Т61.

Количественные результаты классификации в виде полей трех компонент (т^, т}ш, т]. ) вектора ё описания типа TTC, полученные с помощью изложенного в работе метода, использовались в задачах мезомасштабного и крупномасштабного районирования различных акваторий Атлантического океана.

В отличие от ранее предложенных методов, наиболее полным по описанию всего многообразия типов вертикальных тонких структур и эффективным по физической обоснованности количественных критериев классификации стал метод (Журбас В.М., Озмидов .Р.В., 1987].

- б -

Основными преимуществами предложенной в работе [Евгущенко А.Г., 1994] трехкомпонентной классификации являются снятие ограничений, связанных с однородностью тонкой структуры в выбираемом слое, и возможность реализации этого метода для слоев любой -толщины, с произвольной дискретностью отсчетов по вертикали (эквидистантность не обязательна), в любом заданном диапазоне вертикальных масштабов - от толщины всего слоя до масштаба Найквиста. Следует также отметить, что рассмотренные в работе основные аспекты этого метода имеют и более широкую область применения, поскольку они могут быть легко адаптированы для классификации и районирования тонких структур гидрооптических, гидрохимических и гидробиологических полей океана.

Апробация

Результаты работы докладывались на III Всесоюзном симпозиуме "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов" (Таллинн, 1990 г.). на советско-американской гидрофизической конференции 43-го рейса нис "Академик Вернадский" (Вудсхолл, 1991 г.), на Школе "Автоматизация гидроэкологических исследований" (Севастополь, 1992г.).

Разработанные автором и описанные в настоящей работе метода и алгоритмы использовались при обработке и анализе результатов мезомасштабной CTD-съемки в северо-западной части тропической Атлантики (1990 г.) вблизи о.Барбадос (район проведения известного эксперимента С-SALT) и крупномасштабного полигона, выполненного по международной программе W0CE в северо-восточной части субтропической Атлантики вблизи о.Мадейра (1991 г.)

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет •//^страницы, включающие 28 . рисунков, i таблицу и 6? наименований списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведен краткий обзор основных физических особенностей механизмов формирования и процессов структурообразо-вания тонкой стратификации и показана актуальность и перспективность разработки новых методов классификации и районирования вертикальной тонкой структуры океана. При обсувдениии современного состояния исследуемой проблемы уделено особое внимание вопросу об определении вероятного механизма генерации того или иного типа вертикальных тонкоструктурных неоднородностей по результату воздействия конкретного процесса структурообразования на морфологию тонкоструктурного профиля. Показана актуальность решения задачи мезомасштабного и крупномасштабного районирования океана по основным типам тонкой термохалинной структуры. Выделены наиболее существенные отличия предлагаемой работы от других работ, посвященных разработке методов классификации вертикальной тонкой структуры гидрофизических полей океана.

I. Морфологические особенности тонкоструктурных профилей

В первой главе анализируются морфологические особенности тонкоструктурных профилей. Вводится в рассмотрение критерий распознавания типа тонкой структуры в виде длины безразмерного профиля выбранной гидрофизической характеристики в заданном слое.

Из геометрии известно, что если плоская кривая задана явно непрерывно дифференцируемой функцией у = f(x) ( хои х as xt ), то ее длина А вычисляется по формуле

Пусть (У^^) - размерный вертикальный ряд без сбоев, соответствующий профилю выбранной гидрофизической характеристики (температуры, солености, плотности, скорости звука), полученному при СТБ-зондировании, — соответствующий размерный ряд монотонно растущей (без инверсий и без сбоев) глубины залегания отсчетов гидрофизической характеристики СУ^ I = 1,2.....N. N - количество отсчетов в выбранном слое ( или длина рядов (ТЛ, (¿^У ), 2 , = г я г - г - соответственно верхняя и нижняя границы вы-

т V п 1 пах М * г

X

<3х .

(1 )

г

о

- в -

бранного слоя, АZ = Z - Z - его толщина, У = mlniY.) и

г max min " min v

У = maxiY ) - соответственно минимальное и максимальное значе-

max

ния ряда lYi), дY = Ymin- Ymax - диапазон изменения характеристики < Y }

V

Поскольку вычисление длины размерного профиля ГУ. ) с использованием в "лоб" формулы (1) не имело физического смысла, требовалось определить процедуру обезразмеривания (нормировки) профиля, переводящую его из размерного пространства ( Y,Z ) в безразмерное { y,z ). В работе показано, что наиболее подходящей процедурой нормировки при условии, что ряд (Y ) имел бы минимум У и максимум У такие, что А У = У -У /О, является

min шах max ,.ЛП

следующая

у = i у - у у г у -у ) = ( у - у уду'

*-Ч ^ t min ^ max min ' 4 i min ' (2)

z=[Z-2 )/( Z - Z ) = Г Z - Z . )/AZ,

l v mtn J ^ max min ' Vi mvn ^

"стягивающая", как это нетрудно видеть из (2), размерные ряды (YiJ и <Zl ) с диапазонами изменения ДУ и AZ на интервал безразмерных значений [0,1J : О ^ у^ 1, О < 7, t = 1,2, ... ., N. Очевидно, что если исходный размерный профиль £"У J эквидистантен, то безразмерная дискретность отсчетов dh по вертикали эквидистантного безразмерного профиля {yi) равна

dh = ( 2 - z )/(N-1) = 1/Щ-1) , (3)

max mvn *

и формула И) для длины безразмерного профиля (у^) будет иметь вид

М - 1 N - 4

Л - cm У JTTÜf - -L- h+el , (4)

1 = 1 k = 1

где

gk = Ду/А2 = Ук)/(2к^ - 2J (5)

( к = 1,2, ... , N-1 )

- ряд безразмерных локальных градиентов. Показано, что максимуму длины (1) __

Л = J 1 + (1/dh)2 (6)

max

соответствует длина безразмерного пилообразного профиля инверсионного типа, а минимуму длины (1 )

Ami„ = J 2 17)

- длина безразмерного прямолинейного профиля, на котором тонко-руктурные неоднородности как таковые вообще отсутствуют.

Отмечены две замечательные особенности тонкоструктурных профилей такого типа. Он наблюдается в океане практически повсеместно, особенно на акваториях открытого океана вдали от областей фронтальных зон, в различных фоновых условиях стратификации, с различными масштабами протяженности по вертикали - от сантиметров в диапазоне масштабов микроструктуры (МС) до десятков, сотен, а возможно, и нескольких сотен метров (на больших глубинах). Диапазон изменчивости абсолютных значений вертикальных градиентов гладких участков профилей этого типа варьирует от близких к нулевым (в верхнем квазиоднородном слое океана, в высокооднородных слоях ступенчатых структур) до очень больших (в высокоградиентных прослойках). Можно без особого преувеличения сказать, что океан, в буквальном смысле этого слова, "пронизан" вертикальной структурой монотонного типа, являющегося своего рода "строительным" материалом малых масштабов для всего многообразия- типов тонкой структуры - ступенчатой, инверсионной, комбинированной.

С другой стороны, в крупномасштабной части спектра тонкой структуры гладкие вертикальные распределения, отражающие, закономерное изменение гидрофизических характеристик морской среды с возрастанием глубины - спадание, в основном, температуры и солености и возрастание плотности,- являются своеобразным океаническим "фоном", на котором, собственно говоря, и проявляется тонкая структура всех известных разновидностей в виде относительно дол-гоживущих неоднородностей различных вертикальных масштабов.

Отмечено, что метод классификации TTC [Журбас В.М., Озмидов Р.В., 1987.] базируется на рассмотрении двух основных типов вертикальной структуры (ступенчатого и интрузионного) и одного дополнительного, специально выделенного типа - комбинированного. Учитывая глобальный характер распространенности наблюдений в океане монотонных гладких (вырожденных) профилей гидрофизических характеристик и тот факт, что описание всего многообразия форм тонкой структуры должно быть по возможности максимально полным и охватывать все основные типы структур, известных в гидрофизике, было обосновано введение в схему метода классификации в качестве одного из трех базовых типов так называемого лонотонного типа.

Сформулированы основные отличительные признаки и свойства

каадого из трех основных (базовых) типов структур: монотонного, инверсионного и.ступенчатого. В дополнение к двум полученным выше количественным критериям распознавания инверсионного (6) и монотонного (7) типов TTC, определен третий - для распознавания вертикальной ступенчатой тонкой структуры :

Ая = 2. (8)

Б конце первой главы обсуждаются свойства профилей с комбинированным типом тонкой структуры. Показана необходимость введения в качестве дополнительного критерия распознавания комбинированного типа структур так называемого индекса инверсионности профилей.

2. Метод тре¿компонентной классификации вертикальных . тонких структур

Во второй главе изложены основные аспекты метода трехкомпо-нентной классификации профилей вертикальной тонкой термохалинной структуры. Показано, что количественная критериальная оценка такого качества тонкоструктурного профиля, как колОинированностъ, может быть реализована путем статистического взвешивания удельного вклада каадого составляющего "чистого" типа - монотонного, ступенчатого и инверсионного - в сложную форму тонкой структуры исследуемого фрагмента.профиля.

Сформулирована основная идея трехкомпонентной классификации: выделение тонкой структуры трех основных (базовых) типов - монотонного, ступенчатого и инверсионного - реализуется методом статистического взвешивания функции плотности распределения критерия распознавания и последующего вычисления трех параметров - монотонности т)т, ступенчатости ris и инверсионности т^ - компонент вектора описания типа вертикальной тонкой структуры, который выступает в качестве основного количественного критерия классификации.

Пусть мы имеем профиль размерной гидрофизической характеристики Y(Z) Y < Y ^ Y в слое Z ^ Z ^ Z с размерной диск-

mir» ma х min max * *

ретностью отсчетов LH = (Y - У . J/(N-1), где N - количество

* max mt. n

отсчетов в слое. Выберем вертикальный масштаб скольжения Us < больший или равный максимальному характерному вертикальному масштабу тонкоструктурных неоднородностей H . Очевидно, количество № отсчетов характеристики Y(Z) внутри этого

подслоя толщиной Hs будет равно М = На/ЬВ + 1. Затем фрагмент профаля I = 1,2, ..., И , соответствующий выделенному подслою толщиной На обезразмеривается по формулам (2) и, в соответствии с (4), рассчитывается его длина АЯ1 Полученное значение

критерия распознавания запоминается в массиве Mi), i = 1,2.....

N-M+1 в качестве его первого элемента : \(1) = AS1

На следущем шаге внутри основного слоя IZ . Z 1 осу-

m v п та *

ществляется сдвижка подслоя толщиной На на один отсчет вниз, производится обезразмеривание ряда У. ( I = 2,3, ..., М+1 ), рассчитывается второе значение критерия распознавания Asz и вновь запоминается в массиве МО : Х(2) = ASI.

На (N-M+1) ом шаге процедура скольжения завершается запоминанием в массиве Mi) последнего значения \(N-M+1) = As (N_M„t) Как видам, алгоритм вычисления "скользящего критерия распознавания X(I), I = 1,2, ... , N-M+1, очень похож на процедуру расчета текущей дисперсии ряда.

После разбиения полуоси безразмерных длин А. > Лм = V1T на К равновеликих карманов шириной QX = Xmin)/K (здесь A.min

и А. - соответственно минимальное и максимальное значения мастак

сива безразмерных длин МО , I = 1,2, ... , N-M+1, количество карманов К определяется экспериментально) строится гистограмма распределения критерия распознавания для исследуемого слоя [ Zmin , Zmax1. Каждое значение Фк определяется путем подсчета количества значений безразмерных длин из массива Mi У, попавших в й-ый карман, т.е. в интервал (A.fc,Xk+ SA. ), к = 1,2,...,К-1.

Нормированные значения фк функции распределения ф(А.) вычисляются простым делением содержимого Фк й-го кармана на длину массива Mi), равную N-H+1 :

фк = / ( N-M+1) , (9)

так что условие нормировки можно записать в виде :

М-М*1 {

£ Фк - 1 • -„ (Ю)

к°1

Показано, что для более детального количественного описания степени выраженности вертикальных неоднородностей может оказаться полезным введение в рассмотрение так называемой . вертикальной структурной функции L(Z) термохалинных профилей. Эта функция представляет собой вертикальное распределение модифицированных значений "скользящего" критерия распознавания, накапливаемых в

массиве К при реализации описанного выше алгоритма построения гистограммы распределения Фк(Хк). В качестве значений размерного аргумента I структурной функции L(Z) берутся текущие значения глубины, соответствующие середине интервала скольжения Hs. Отмечено, что при изучении физических закономерностей мелкомасштабного расслоения вплоть до диапазона вертикальных масштабов микроструктуры, толщина интервала скольжения Hs может быть выбрана много меньшей максимального характерного масштаба Нс вертикальных неоднородностей в исследуемом слое.

Показано, что для получения степени выраженности того или иного типа структуры необходимо использовать взвешивание функции распределения критерия распознавания ф(Л.) некими весовыми функциями Лт(Л.), /гв(Я.) и hi{K) определенного вида. Эти весовые функции должны отражать степень близости каждого составляющего базового типа к каждой из трех идеальных форм вертикальной TTC в любых возможных их сочетаниях. Очевидно, они должны иметь в точках Л. (6),Лт (7) и Аа (8) оси безразмерных длин, соответствующих трем "идеальным" типам структур, максимальные веса, и быть спадающими по мере удаления от этих особых точек.

С этой целью была рассмотрена тройка параметров (Ern,Ea,Ei )t в подынтегральные выражения которых входят вышвупомянутые весовые функции hm(K), hm(X) и (X) :

Em =

Б =

Е = t

где АЛ = Лга з- интервал безразмерных длин, границы Лс и Л которого определяются выражениями (6)-(7), а \ (М и

Л (М - суть функции Ханна:

—• Г ф(Л.)-п (Л.) , (11 )

л J m

ДЛ л

dX » (12)

Л J

АЛ л

1— Г ф(А.)'Л. (A.) dX , (13)

л J

АЛ Л

А

KHJ = -т2

1 - cos(2icî /L )I. n » m. «. i (14)

со следующими значениями . входящих в (14) параметров I и L*:

I. = А. - Лм , = 2-ÎV'A^). (16)

г, = х - , L. = 2* ГА,--Л^). (17)

Амплитуды Ап для каждой из трех весовых функций определяются из условия двойного равенства сумм всех весов :

м s I

L — 1 j = 1 k = 1

где m, s и i - количество весов соответствующей весовой функции.

Показано, что из условий (10) и (18) следует очевидное соотношение :

+ \ + = 1 И9)

где

X = / * .i • (2°)

(21)

Т). = Е. / Е . . (22)

Ч v mev '

Е . = Е + Е + Е. . (23)

mi t m я v

Показано, что каждый из трех параметров т)^, т^ и т^, определяемых по формулам (20)-(22), имеет физический смысл интегрального статистического вклада соответствующего базового типа структуры в наблюдаемую внутри исследуемого слоя результирующую форму вертикальной TTC, а упорядоченная тройка параметров (т^, т)в, т)1 ) может использоваться в качестве критерия классификации тонкоструктурных профилей различных гидрофизических характеристик. Очевидно, ' диапазон изменчивости каждого из параметров (20)-(22) лежит в интервале 10.1]:

О (24)

В конце второй глаш предложен алгоритм статистического оценивания одного из наиболее репрезентативных параметров тонкой

структуры - величины характерного вертикального масштаба Нс тонкоструктурных неоднородностей. Показано удовлетворительное соответствие значений получаемых оценок с известными литературными данными- Обсуждается интересная аналогия между трехкомпонентной классификацией тонких структур и трехцветной системой представления в оптике цветового состава светового излучения. Предложена схема морфологических взаимосвязей трех основных типов вертикальной тонкой структуры в рамках разработанного метода трехкомпонентной классификации.

3. Некоторые результаты районирования вертикальных тонких структур по натурный данным СТБ-съеыок, выполненных в различных физико-географических областях северной Атлантики за период с 1988 по 1991 гг.

В третьей главе представлены и проанализированы некоторые количественные результаты трехкомпонентной классификации вертикальных тонких структур в виде полей трех компонент (т)т, т}ж. г^), полученные с помощью изложенного во второй главе метода. Они были использованы в задачах мезомасштабного и крупномасштабного районирования различных акваторий с целью изучения особенностей инт-рузионного и ступенчатого расслоения в областях фронтальных разделов и в вихревых образованиях. Для этого быыз использованы натурные данные трех СТВ-съемок, выполненных в различных физико-географических областях северной Атлантики за период с 1988 по 1991 гг.

В начале главы приведен краткий обзор литературных данных о распространении средиземноморских промежуточных вод (СрПВ) в восточной части субтропичекой Атлантики.

.С помощью инструментальных измерений установлено, что СрПВ распространяется в Атлантике не единым слоем, а в виде многочисленных прослоек, крупномасштабных интрузий (языков) и внутритер-моклинных вихрей (линз), гидрологические и термохалинные характеристики которых существенно отличаются от фоновых даже на расстоянии нескольких тысяч километров от Гибралтарского пролива [Ерохин В.Д., Иванов Ю.А., Корт В.Г. и др_, 1987].

По данным съемки 38 рейса нис "Академик Вернадский" было ус-

тановлено, что средиземноморская водная масса в Кадисском заливе распространялась на запад-юго-запад в виде широкого языка, проходящего севернее 34-35вс.ш.. CTD-съемкой, которая была выполнена в феврале 1989 г. к западу от побережья Марокко, была охвачена южная периферия и граница этой крупномасштабной интрузии.

Регулярные ступенчатые структуры на профилях температуры, солености и условной потенциальной плотности при фоновой стратификации типа солевых пальцев и средних значениях плотностного соотношения 1.3 < Яр< 1.4 наблюдались в слое со средними границами 1400—1800 м. Этот слой был выбран для классификации профилей по типам вертикальной TTC и последующего трехкомпонентного районирования.

Для всей акватории полигона были получены распределения параметров классификации ô, ар и ат [Журбас В.М., Озмидов Р.В., 1987], а по методу^трехкомпонентной классификации - поля параметров ступенчатости и инверсионности тт.. Отмечена высокая степень взаимной корреляции пар распределений (полей) параметров cip — т^ и аг — весьма различных по алгоритмам расчетов, но достаточно близких по своему физическому смыслу. Сделан вывод о том, что этот факт свидетельствует в пользу достоверности полученных результатов классификации и районирования ступенчатых структур двумя независимыми методами.

Проанализированы результаты классификации и районирования вертикальной TTC в виде полей трех классификационных параметров T]t во внутритермоклинной линзе вод средиземноморского происхождения, полученные по результатам CTD-съемки, выполненной в 37 рейсе нис "Академик Вернадский" (июль 1988 г.).

Отмечено, что вертикальная тонкая термохалинная структура в слое 1400-1900м характеризовалась в основном как монотонная и монотонно-ступенчатая. Повышенная ступенчатость профилей температуры идентифицировалась на крайней западной и юго-восточной периферии линзы. Повышенная инверсионность по результатам классификации отмечалась йа восточной и южной.боковой периферии линзы. В центральной se части под ядром линзы в слое 1400-1900 м профили температуры характеризовались преимущественно монотонным типом вертикальной тонкой структуры. j

Представлены результаты классификации типов вертикальной ТС

поля температуры в слое 600-1400 м линзы средиземноморских вод. Анализ распределений параметров монотонности т) и инверсионное™ т] позволил сделать вполне закономерный вывод: инверсионность профилей температуры существенно выше на боковой периферии линзы, в центральной же ее части профили в слое ядра значительно менее инверсйонны.

Получено распределение по площади линзы значений характерного вертикального масштаоа ее ядра, рассчитанное с помощью алгоритма, предложенного в главе 2. Вертикальные размеры крупномасштабной интрузии - ядра линзы - уменьшаются от центральной части линзы (максимум в центре составляет 1450 м) к ее периферии (минимальное значение - 1080 м).

По натурным данным крупномасштабной CTD-съемки, выполненной по международной программе WOGE в 43 рейсе нис "'Акадзмик Вернадский" в июле 1991 г., проведено районирование вертикальной тонкой структуры поля температуры в слое распространения 18-градусной мадерианской модальной водной массы.

Отмечено, что по данным гидрохимических измерений, на севере полигона в районе 25°з.д. в диапазоне между изопикнами 26.4 и 26.6 усл.ед. наблюдался "язык" повышенных значений концентрации растворенного кислорода, что являлось косвенным признаком поверхностного происхождения водной массы этого слоя.

Сравнительный анализ распределений по акватории полигона классификационных параметров ступенчатости т^ и монотонности• т^ позволил сделать следующий вывод: в слое распространения мадери-. анской 18° модальной воды профили температуры характеризуются монотонно-ступенчатым типом вертикальной тонкой структуры.

При сопоставлении распределений параметров т^ и т)т с полем концентрации растворенного кислорода установлено, что акватории в северной части полигона с повышенной концентрацией 02, являющейся трассером трансформированной мадерианской модальной воды, соответствуют областям с монотонно-ступенчатым типом вертикальной тонкой структуры поля температуры.

Установлено, что в слое распространения мадерианской 18-градусной модальной воды (диапазон изопикн 26.4...26.6 усл.ед.) при районировании вертикальной тонкой структуры шля температуры, единственная морфологическая особенность профилей - слабовыраквн-ная одиночная "ступенька" - отчетливо проявляется в поле парамет-■ ра ступенчатости т^.

. В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан метод трехкомпонентной классификации профилей вертикальной тонкой структуры, в основу которого положена пара- -метризация зависимости безразмерной длины профиля от амплитуды вертикальных неоднородностей.

2. Показано, что основными преимуществами метода являются:

- отсутствие ограничений, связанных с однородностью тонкой стр;/к-туры в выбираемом слое;

- возможность классификации тонкой структуры в слоях любой толщины, с произвольной (неэквидистантной) дискретностью отсчетов по Еертикали и в любом заданном диапазоне вертикальных масштабов тонкоструктурных неоднородностей (от толщины всего выбранного слоя до масштаба Найквиста);

- отсутствие принципиальных ограничений на область применения и возможность адаптации метода для классификации вертикальной тонкой структуры гидрооптических, гидрохимических, гидробиологических и др. полей.

3. Разработан физически обоснованный способ статистического оценивания важного параметра описания вертикальной тонкой структуры - характерного масштаба тонкоструктурных неоднородностей.

4. Предложен алгоритм статистического взвешивания функции плотности распределения критерия распознавания - длины безразмер-го профиля выбранной гидрофизической характеристики. Обоснован выбор функций Ханна в качестве весовых функций. По результатам проведенного численного эксперимента определены оптимальные значения параметров весовых функций Ханна.

5. Предложен метод трехкомпонентного районирования вертикальной тонкой структуры, базирующийся на усвоении количественных результатов классификации в виде распределений (полей) тройки параметров (монотонности т^, ступенчатости т)в, инверсионности т^) -компонент вектора описания типа ТС в выбранном слое. .

6. . Установлено удовлетворительное соответствие результатов районирования при использовании двух независимых методов классификации вертикальной ТС поля температуры в области термохалинного

фронта под нижней границей крупномасштабной интрузии (языка) средиземноморской промежуточной водной массы, зарегистрированной при CTL-съемке Марокканского полигона (38 рейс ни? "Академик Вернадский", январь 1989 г.). Высокая степень корреляции соответствующих пар распределений классификационных параметров (Ор, ат) (Журбас В.М., Озмидов Р.В., 1987], и (т) , т^), близких по своему физическому смыслу, свидетельствует в пользу достоверности полученных результатов .классификации.

7. По натурным данным CTD-съемки Португальского полигона (37 рейс нис "Академик Вернадский", июль 1988 г.) проведена классификация вертикальной ТС поля температуры в слое ядра внутритермок-линной линзы средиземноморских вод и под ним. По результатам районирования установлено, что повышенная ступенчатость профилей температуры в слое под ядром линзы наблюдалась на крайней западной и юго-восточной периферии линзы, в центральной ее части под ядром ТС температуры характеризовалась преимущественно монотонным типом. В слое ядра инверсионность профилей температуры была существенно выше на периферии линзы, чем в ее центральной части.

8. Получены прямые оценки характерного вертикального масштаба ядра внутритермоклинной линзы средиземноморских вод, рассчитанные с помощью предложенного в главе 2 способа статистического оценивания характерного вертикального масштаба неоднородностей. Размеры ядра уменьшаются от центральной части линзы (максимум в

•центре равен 1450 м) к ее периферии (минимум равен 1080 м).

9. В результате сопоставления распределений классификационных параметров ступенчатости т)э и монотонности т] на Мадерианском полигоне W0CE (43 рейс нис "Академик Вернадский", июль 1991 г.) с полем концентрации растворенного кислорода установлено, что акватории в северной части полигона с повышенной концентрацией кислорода, являющегося трассером трансформированной 18-градусной маде-рианской модальной воды, соответствуют областям с повышенной ступенчатостью профилей температуры. В поле классификационного параметра ступенчатости отчетливо проявилась единственная морфологическая особенность тонкоструктурных профилей температуры (слабо-выраженная одиночная "ступенька"), что свидетельствует в пользу чувствительности метода классификации, предложенного в. работе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Булгаков H.H., Евгущенко А.Г., Чекалин И.А. Тонкая термо-халинная структура внутритермоклинной линзы средиземноморских вод в восточной части субтропической Атлантики // Гидрофизические исследования в 37 рейсе нис "Академик Вернадский".Часть 1 .Гидрофизика средиземноморской линзы /Под ред. Н.П.Булгакова/ АН УССР, МГИ, Севастополь. Депон. рукопись » 5949-В89.-М. .-ВИНИТИ, 1990.-с. 104-115

2. Булгаков Н.П., Чекалин 14.А., Евгущенко А.Г. Типы тонной термохалинной структуры в основном термоклинэ западного сектора тропической Атлантики. // Гидрофизические исследования в 37 рейсе нис "Академик Вернадский".Часть 2 . Гидрофизика тропической Атлантики /Под ред. Н.П.Булгакова/ АН УССР, МГИ, Севастополь. Депон. рукопись Л 3491-В90.-М.:ВИНИТИ,1990.-с. 144-163.

3. Евгущенко А.Г., Чекалин И.А., Журбас В.М., Корчагина С.Ф. Статистические взаимосвязи тонкой структуры с фоновой стратификацией и циркуляцией вод в северной Атлантике // "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов". Тез. докл. III Всесоюз. симпозиума.-Таллинн: Изд-во АН ЭССР, 1990.- с.46.

4. Журбас В.М., 'Чекалин И.А., Евгущенко А.Г. Термохалинные ступеньки и синоптическая изменчивость гидрофизических полей океана. // "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов". Тез. докл. III Всесоюз. симпозиума.-Таллинн.: Изд-во АН ЭССР, 1990.- с.62.

5. Моисеев Г.А., Чекалин И.А., Евгущенко А.Г. Об изменении морфологии вертикальной тонкой термохалинной структуры по площади синоптического вихря // "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов". Тез. докл. III Всесоюз. симпозиума.-Таллинн.: Изд-во АН ЭССР, 1990.- с.111

6. Пантелеев H.A., Моисеев Г.А., Чекалин И.А., Евгущенко А.Г Иерархический подход к проблеме анализа связей вертикальной тонкой структуры и фоновых гидрофизических полей // "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов". Тез. докл. III Всесоюз. симпозиума.-Таллинн. Изд-во АН ЭССР, 1990, с.118-119.

Т. Евгущенко А.Г. О геометрическом подходе к классификации профилей вертикальной тонкой структуры //"Автоматизация гидроэкологических исследований". Тез.докл. Школы по автоматизации гидроэколог. иссл. - Севастополь. Изд-во МГИ АН УССР, 1992, с.24-25.

8. Евгущенко А.Г. Векторный метод классификации профилей вертикальной тонкой структуры. - Препринт.- Севастополь, Изд-во МГИ АН УССР, 1994, 44 С.