Введение к работе
Актуальность темы
В результате исследований гидрофизических полей океана современными зондирующими приборами было достовержГустановлено, что вертикальная тонкая термохалинная структура (ТТС) 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.G., Sunford М.,19761. В динамически спокойных, так называемых открытых областях океана, главным источником тонкоструктурного расслоения являются синоптические _вихри, в том числе внутритермоклинные линзы (ВТЛ), обладающие аномальными термохалинными характеристиками относительно фоновых вод [Булгаков Н.П. и др.,1989: Парамонов и др., 1981; Берестов и др.,1986; Schmltt R.W. et.al., 1986].
Натурные исследования ТТС 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 ТТС различаются два близких по смыслу понятия "механизм генерации" и "структурообразующий процесс" (процесс формирования). Под первым" термином понимается динамика 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 ТТС 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 реше
ния задачи мезомасштабного и.крупномасштабного районирования раз
личных акваторий океана по типам ТТС, что представляется достато
чно вакным при изучении особенностей физических механизмов гене
рации, трансформации и диссипации вертикальных тонких структур
различных типов, исследовании структурообразующих процессов инт-
рузионного и ступенчатого расслоения в областях фронтальных раз
делов и в вихревых образованиях различной природы, в установ
лении взаимосвязей параметров фоновой крупномасштабной структуры
поля скорости со статистическими характеристиками и типами верти
кальных тонких структур в океане. . .
Цель работы
-
Разработка метода трехкомпонентной классификации вертикальной тонкой структуры гидрофизических полей океана.
-
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 крі'тери* (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 трехкомдокенткой 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 (монотонности т] , ступенчатости tj , инверсионности 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 ТТС, 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., 19761.
Количественные результаты классификации в виде полей трех компонент (т^, т)ш, T)t) вектора е~ описания типа ТТС, полученные с помощью изложенного в работе метода, использовались в задачах мезомасштабного и крупномасштабного районирования различных акваторий Атлантического океана.
В отличив 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 C-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, і таблицу и 6? наименований списка литературы.
