第36卷第2期海洋工程V ol.36N o.2 2018 年 3 月THE OCEAN ENGINEERING Mar. 2018
文章编号：1005-9865 (2018) 02-0108-11
基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法
陈标1，马亮2，张春华3，李冰3，刘洪伟3
land
(1.海军潜艇学院，山东青岛272600; 2. 31010部队，北京100081; 3.北京5111信箱，北京100094)
摘要：为了能够合理准确地描述海洋锋特征体系以及锋区本身的各种结构要素，提出了一种中国近海海洋锋分海区分析方 法：首先，在对中国近海27条典型海洋锋的时空分布特征和季节演变系统归纳的基础上，基于多年卫星遥感海面温度数据锋 面出现频率图，得出中国近海海区锋面系统划分方法；然后，利用日益更新的髙时空分辨率卫星遥感海面温度数据，对各划分 海区内海洋锋时空分布特征进行分析，调整纠正以往锋面系统分析的偏差或空缺，对中国近海锋面系统进行补充完善，为中 国近海各锋面系统特征参数的规范化分析和准确的特征描述奠定基础。该方法对完善我国近海锋面系统研究具有长远的应 用价值，对形成中远海及世界大洋海洋锋时空分布特征具有指导作用。
关键词：海洋锋；分海区；卫星遥感；海面温度
中图分类号：P731 文献标志码：A D0I:10.16483/j.issn.1005-9865.2018.02.013
Ocean front analysis in subdivided a areas by using satellite
remote a surface temperature data
C H E N Biao1,M A Liang2,Z H A N G Chunhua3,LI Bing3,LIU Hongwei3
(1. Navy Submarine Academy, Qingdao 272600, China; 2. No 31010 Troop, the Chine People's Liberation Army, Beijing 100081;
3. Beijing 5111 Mailbox, Beijing 100094, China)
小儿英语A bstract：As one of the most important mesoscale oceanic phenomena, ocean fronts attract concern and attention of many scholars. One of the main investigation fields of ocean fronts is temporal and spatial distribution characteristics analysis of oceanic fronts by using satellite infrared remote nsing a surface temperature (SST) data. Reviewing of rearches in the field of ocean fronts in the past thirty years show-s that the gradient fields of SST in the region of oceanic fronts often distribute quite irregularly becau of the universality of frontal distribution and the differences of the front intensity. As a result, the descriptions of oceanic front’s characteristic parameters often lack systematically and normatively. In order to describe the characteristics of oceanic front in a reas
onable and accurate frame, the paper propos a scheme of oceanic front analysis in subdivided a areas of China. With the improvement of spatial and temporal resolution of satellite remote nsing data, and the improvement of reliability of reanalyzed data, the method can supplement and perfect the China a frontal system, and perfect the three dimensional space-time distribution and character description of ocean fronts in the China a waters. The method can be applied in the region of front system analysis, and can provide a guidance for world ocean front analysis.
Keywords：ocean front；subdivided a area；remote nsing；a surface temperature
海洋锋一般是指性质明显不同的两种或几种水体之间的狭窄过渡带，是海洋环境参数的跃变带，可用海 水温度、盐度、密度、速度、颜色、叶绿素等要素的水平梯度来确定锋带的位置。海洋锋区诸多环境参数的急 剧变化，锋区中存在强烈的湍流混合交换、水平辐合（辐散）和垂直运动，不仅对航运和渔业影响很大，对水收稿日期:2017-09-05
作者简介：陈标（1959-)，男，江苏人，教授，博士生导师，主要从事海洋遥感研究。E-mail:
通信作者：张春华。E-mail:
第2期陈标，等：基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法109下声传播、舰船航行安全、海上搜救等活动均有一定的影响[1]。作为重要的中尺度现象之一，海洋锋的研究
受到人们的关注和重视。US Naval Oceanographic Office[2]报道了全球43条主要海洋锋的大致分布，如图1所示。从海洋锋的强度来说，强锋都在北半球的西边界流区，近赤道区多为弱锋，其它洋区的锋，以中等强度居多。
successful根据使用的数据源不同，海洋锋的分析主要可以划分为三个方向：现场观测资料海洋锋分析、卫星遥感资料海洋锋分析、再分析资料海洋锋分析。
海洋调查等方式获取的实测水文资料，是揭示海洋中某些现象及其变化规律的重要手段。利用接触式海洋观测仪器，通过实测水文资料分析表层锋面的方法存在固有缺陷：单一或几条测量船的实地考察，只能知道研究海区内某些点的信息，虽能插值到大面，但难以保证精度，也无法得知海洋要素的详细时空变化；受 天气、海况等因素制约显著，很难获得长时间序列的连续观测资料。随着卫星遥感数据在空间和时间分辨率上的提高以及融合技术的发展，准同步、准实时、长时间序列的遥感资料越来越受到海洋学家的青睐，利用卫星遥感资料对海洋表层锋面现象进行研究成为海洋锋研究的主要途径，海洋锋的遥感资料研究主要包括：红 外遥感资料研究、水色遥感资料研究和合成孔径雷达资料研究。近十年来，同化技术和数值模式都有了新的发展和改进，卫星测高、卫星遥感海面温度和Argo浮标等观测资料也急剧增加，利用数值模式和同化方法，对这些资料进行再分析，能够实现对海洋锋现象的再现能力，从而为海洋锋的三维结构研究提供更精确的数据基础。但是，由于观测资料的时间不连续性和空间不规则性，数据同化产品的分辨率比较低，在中国近海同化的资料比较少，再分析资料在中国近海应用结果的有效性和准确性还有待于进一步研究。
红外遥感资料由于具有数据源丰富、时空分辨率高、业务化应用领域广等优点，成为目前海洋锋研究最多的数据。长期以来，国内外学者基于红外遥感资料对海洋锋进行了大量的研究。世界大洋范围内，
Kah r n，e t al[3]、Moore，e t al[4]、Ullman，e t al[56]、Kostianoy，e t al[7]、Park[8]分别利用卫星遥感海面温度SST数据研究了波罗的海、南极洲、太平洋及其沿岸、南印度洋以及日本海海域的海洋锋。我国东海、南海东北部及台湾海峡大部分海域都位于陆架浅海，多种不同性质的水团和流系在此对峙，是海洋锋多发海区。刘宝银[9]利 用1977~1979年逐年2月N O A A卫星红外照片，研究了东海黑潮表层温度锋。郑全安[10]综合利用N O A A、D M S P及G M S等卫星将10年间的遥感图片，分析了山东半岛沿岸锋，浙闽沿岸锋和朝鲜南部沿岸锋。郑义芳等[11]用1977~ 1981年2月的海洋观测资料并结合N O A A卫星图片，确定了南黄海和东海北部2月份海区显著的三条海洋锋：黑潮锋、黄海暖流锋、江浙沿岸锋。赵保仁[12]利用实测资料及卫星图片确定黄海潮生陆架锋的分布，并研究了南黄海西部的浅水陆架锋。郭炳火等[13]利用20世纪80年代中期到90年代中期获得的N O A A卫星红外图像，结合水文及浮标测流资料，较为系统地分析了东海黑潮锋、对马暖流锋和浙江沿岸锋的波动谱特征以及形态的演变。贺明霞[14]利用1984~1989年N O A A S S T和1986年11月~1988年11 月Geosat卫星高度计数据对中国海的中尺度现象进行了研究，大致确定了黄东海主要的8个锋区。
110海洋工程第36卷capital city
H k k〇x[|5]等利用1985〜1996年的A V H R R S S T数据，对中国东海、黄海和渤海进行海表温度锋的研究，定义 了研究海区内普遍存在的10个海表温度锋，同时，还对锋面的季节变化做了探讨。王东晓[|6]利用1991〜1998年的A V H R R S S T数据，研究了南海北部海区的海表温度锋，分析了南海北
部6个海表温度锋的位置和 季节变化规律。Chen-Tung Arthur Chen[17]总结前人的成果，并利用卫星数据、公开数据和图集，系统的总结 了渤黄东海海面/水下存在的海洋锋。刘传玉[18]利用N O A A S S T数据，通过计算出现频率的方法，概述了我 国东部近海温度锋的分布特点和季节演变规律。任诗鹤[19]对中国近海海洋锋和锋面预报研究进展进行了 分析，并就如何开展中国近海海洋锋预报提出思考和展望。
综合国内外学者对海洋锋的研究发现，基于卫星红外遥感资料的温度锋分析通常有两种途径：一是锋面 出现的频率图分析方法，该方法采用温度梯度法确定单帧S S T图像的锋面，选取温度梯度大于临界值的点作 为锋点，基于各点的温度梯度计算锋点的出现频率；二是根据逐日的温度场资料，选取某种算法（梯度法或 者直方图法）计算温度场分布特征，并根据某种判别标准来识别逐日温度锋，确定锋的特征参数，如位置、强 度和宽度等，然后统计累年不同时段的海洋锋特征参数。这两种方法的有效应用都是基于锋区内具有高梯 度的性质。梯度法是一种简单实用的方法，广泛应用于海温锋的识别研究中。在对海洋锋进行特征提取及 识别的过程中，需要设定合理的梯度指标对不同海域的海洋锋进行判别，目前，对海洋锋的划定标准仍没有 完全统一，主要体现在：不同的参数有不同的标准，即使参数相同，不同的海域和不同的季节，划分和定义的 标准也是不同的。表1列出判别海洋锋的部分标准。
表1判别海洋锋的标准（水平梯度）
Tab. 1 Criteria of oceanic front (horizontal gradient)
作者年份海区温度梯度
郑义芳[,,]1985,1987黄海南部、东海0.05°C/n mile
林传兰™1986东海0.1° C/n mile
于洪华[21]1991东海黑潮区0.1° C/n mile
万邦君[22]1992东海东北部0.1° C/n mile
汤毓祥[23]1992,2002东海黑潮区0.1° C/n mile
江南水乡乌镇Chu P C[24]2003南海中部（弱锋） 1 〜1.4°C/100 km
Park[25]2004东中国海/日本海3°C/100 km
刘传玉[,8]2009黄海暖流锋3°C/100 km
李威[26]2011台湾以东黑潮锋0.054°C/ km 现阶段海洋锋分析存在的主要矛盾是：锋面出现频率图分
析方法需要利用长达几年甚至十几年的海面 温度场数据进行计算，只能对锋面系统分布和演变规律进行分析，不具备实时、准确的海洋锋特征参数分析 能力。基于逐日温度梯度场数据的海洋锋分析方法，理论上能够实时或准实时确定海洋锋的各种特征参数 (如位置、强度和宽度等），但是由于锋面在研究海域分布的普遍性、锋面强度的不一性以及锋面分布特征的 复杂性，海区内检测海洋锋的结果经常是一团分布极不规则的梯度场，使得后续对海洋锋的分析与特征参数 描述缺乏系统性和规范性。
因此，为了能够对海洋锋的特征参数(如长度、宽度、强度、边界等）进行规范化描述与分析，进而准确地 分析研究海区内各锋面系统的成因及时空演变规律，必须根据锋面系统的空间分布对研究海域进行合理划 分，根据各分海区锋面系统的强度特征采取不同的判别标准。由于锋面与锋面、锋面与环流之间存在复杂的 相互关系，如何准确地界定研究海域的各锋面系统是海洋锋研究的难点之一，是研究海洋锋特性、形成原因、空间分布和时间变化特征的基础。早在1966年,Clarke and Laevastu[27]便概述了海洋锋的特性和海洋锋研 究的问题，指出海洋锋常常出现在不同海流系统的交界处，并指出，按照水体特性和环境特性对世界大洋水 的分界对于分析研究海洋现象及海洋预报有重要的作用。根据海洋锋的空间分布和强度特征，对研究海域
第2期 陈标，等：基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法 111进行合理划分，对不同分区采取不同的判别标准，能够更加准确地对海洋锋的特征参数（如长度、宽度、强 度、边界等)进行规范化描述与分析。
本文在对海洋锋红外海面温度研究进展进行分析的基础上，提出一种中国近海海洋锋分海区分析方法， 首先，结合国内外公开发表文献，全面研究了中国近海（包括渤海、黄东海、南海海域）海洋锋面系统的分布 与演变规律，在对渤海、黄东海、南海和台湾海峡27条典型海洋锋的时空分布特征及季节演变进行归纳总结 的基础上，得出中国近海海洋锋季节分布特征；然后，按照海洋锋的季节分布将中国近海划分为若干分区，并 根据各分区内海洋锋的强度特征确定海洋锋的判别指标；再后，按照锋区划分和判别指标对最近五年的卫星 遥感海面温度数据进行计算，得到中国近海海洋锋出现频率图，并将分析结果与原来得出的海洋锋空间分布 情况进行分析比较，纠正以往对中国近海锋面系统时空分布认识的偏差或空缺，完善中国近海海洋锋时空分 布及特征描述，进而提出更为全面合理的中国海区锋面系统划分方法，为各分区内海洋锋特征参数的规范化 描述与分析奠定基础。
1中国近海海洋锋分布
1.1渤海
渤海主要存在渤海沿岸锋和渤海海峡锋两条主要的海洋锋[18]，如图2所示。渤海沿岸锋环绕渤海沿岸 分布，一般出现在11月至次年的2月，沿岸分布。渤海海峡锋位于渤海口，是由渤海内的冷水和渤海外的黄 海暖流余脉水形成的，同时受当地地形控制。渤海海峡锋面一般位于海底地形变化较大的30 m 等深线附 近，大概沿蓬莱岛到大连老铁山一线。
1.2黄、东海
根据Hick〇x [15]的研究，黄、东海海域主要存在9条海洋锋，如图3所示。
lemon tree什么意思
图2
渤海锋面位置示意（根据刘传玉[18])Fig. 2 The ocean fronts in the Bohai Sea ( after Liu[18])120° 124° 128° 132°E
图3黄、东海海洋锋及锋区位置（1985〜1996年）（根据Hick 〇x[15])
Fig. 3 The distribution of fronts in the Yellow Sea and East China Sea
(1985〜1996) (after Hickox[15])黄、东海海域大部分海洋锋在秋冬季出现，春夏季消失。海洋锋较明显的月份大概是11月到次年4月。 春末和夏季，只有江苏近岸锋、朝鲜半岛西岸锋（包括西朝鲜湾锋和江华湾锋）。秋季，黑潮锋重新出现，浙 闽近岸锋出现并与江苏近岸锋连为一体，形成中国大陆沿岸锋，这两条锋从台湾海峡一直延续到35°N ，山东 半岛锋环绕整个山东半岛沿岸。另外，长江浅滩存在一个环状锋。济州岛西岸锋、济州岛东岸锋形成。冬季 海洋锋的分布与秋季相似，不同的是渤海海峡锋、西朝鲜湾锋、江华湾锋形成。春季，浙闽沿岸锋减弱，与江 苏沿岸锋分离，在台湾东北与黑潮锋连接为一体。
通过近三十年中国近海海洋锋的研究得出，黄、东海区存在的海洋锋主要包括山东半岛锋、朝鲜半岛西 岸锋、济州岛西侧温盐锋、朝鲜海峡锋、黄海暖流锋、东海陆架锋、对马暖流锋、东海黑潮锋、江
苏沿岸锋（也 称为苏北沿岸锋）、浙闽沿岸锋、长江河口锋、台湾暖流锋。上述12条海洋锋与Hickox 描述的海洋锋对应关 系如表2所示，海洋锋的位置如图5所示
。
112海 洋 工 程第36卷
brand new表2黄、东海海洋锋
im in love ra dTab. 2 The ocean fronts in the Yellow Sea and East China Sea英语名子
编号名称Hickox海洋锋及其编号[28]编号名称Hickox海洋锋及其编号[28] 1山东半岛锋山东半岛锋(4)7对马暖流锋
2朝鲜半岛西岸锋西朝鲜湾锋(6)、江华湾锋(7)8东海黑潮锋黑潮锋（1)
3济州岛西侧温盐锋济州岛西岸锋（8)9苏北沿岸锋江苏沿岸锋(3)
4朝鲜海峡锋济州岛东岸锋(9)10浙闽沿岸锋浙闽沿岸锋(2)
最新课程5黄海暖流锋长江口环状锋（10)11长江河口锋
6东海陆架锋长江口环状锋（10)12台湾暖流锋
1.3南海及台湾海峡
南海是一个半封闭海盆，黑潮在流经吕宋海峡附近时作用于南海，南海东北部和台湾海峡是我国近海海洋锋十分发育的海区，由于多种水系在此交汇，形成复杂的锋面结构。强烈的季风作用使该处海洋锋的发育呈现显著的季节差异，变化更趋复杂。南海主要包括13条典型海洋锋，如图4所示。
南海东北部[29]主要有六条主要海洋锋：珠江口近岸锋、台湾浅滩锋、广东沿岸锋、黑潮入侵锋、海南岛东部沿岸锋和北部湾沿岸锋。南海中部和南部海区[3°_31]存在两条海洋锋：越南东南外海的海洋
锋和西南陆架/陆坡的海洋锋。台湾海峡，除台湾浅滩锋以外，澎湖列岛北部海洋锋、闽南及粵东沿岸上升流锋、澎湖列岛上升流锋基本沿50 m等深线分布。另外，台湾以东海域自20~350 m的深度上均存在台湾以东黑潮锋。
1.4中国近海锋面总体分布
综上所述，得出我国近海27条典型海洋锋四季分布图，如图5所示。
