張志欣 郭景松 蔡燕紅 喬方利 郭炳火

一種用于海洋層化數(shù)據(jù)的插值方法改進(jìn)*

張志欣1, 2, 3, 4郭景松1, 2, 3①蔡燕紅5喬方利1, 2, 3郭炳火1, 3

(1. 自然資源部第一海洋研究所 青島 266061; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室 區(qū)域海洋動力學(xué)與數(shù)值模擬功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266237; 3. 自然資源部海洋環(huán)境和數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266061; 4. 自然資源部數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266061; 5. 自然資源部寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 寧波 315012)

海洋環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)的客觀分析圖像是調(diào)查結(jié)果的直觀體現(xiàn), 也是進(jìn)一步科學(xué)研究的基礎(chǔ)。在環(huán)境要素空間分布復(fù)雜的近海海域及陸架坡區(qū), 我們發(fā)現(xiàn)利用現(xiàn)有插值方法得到的結(jié)果有時(shí)會出現(xiàn)之前沒有被關(guān)注到的局部異常, 如常用的Kriging方法或三角網(wǎng)線性插值方法插值得到的圖像有時(shí)會出現(xiàn)或輕或重的“藕”狀或“臺階”狀的層化結(jié)構(gòu)異常。本文提出一種針對原始數(shù)據(jù)采用坐標(biāo)變換方法, 并聯(lián)合使用三角網(wǎng)線性插值法和Kriging法兩種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)插值, 從而有效地避免了類似“藕”狀或“臺階”狀的層化結(jié)構(gòu)假象, 解決了插值方法在海洋環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)插值過程中遇到的一個(gè)實(shí)際問題, 也是對現(xiàn)有插值方法的一種補(bǔ)充。

插值方法; 坐標(biāo)變換; 層化數(shù)據(jù); 可視化圖像; 近海水文

海洋環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)的客觀分析圖像是調(diào)查結(jié)果的直觀體現(xiàn), 也是進(jìn)一步科學(xué)研究的基礎(chǔ)。對于規(guī)整的海洋要素格點(diǎn)數(shù)據(jù), 資料點(diǎn)分布相對均勻, 因而圖像繪制可以選擇的插值方法比較多; 但是對于資料點(diǎn)空間分布不均勻的情況, 網(wǎng)格化插值結(jié)果受插值方法和具體參數(shù)選擇影響較大。目前的大量研究表明, 采用不同的空間插值方法得到的結(jié)果具有明顯的差異(Stohl, 1995; Dirks, 1998; Jeffrey, 2001; 范銀貴, 2002; 陳歡歡等, 2007;杜紅娟等, 2012; 張海平等, 2017)。近些年來, 有學(xué)者提出對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理, 如引入月平均總云量影響因子的協(xié)同克里金插值方法(孔令娜等, 2012)、對氣象數(shù)據(jù)先進(jìn)行距平處理再做空間插值(劉琰琰, 2017)等, 在一定程度可以提高插值結(jié)果的精度。在海洋環(huán)境監(jiān)測的同時(shí), 人們也對空間插值方法在不同海灣和近海區(qū)域的最優(yōu)插值方法和參數(shù)選擇等進(jìn)行探索研究(劉瑞民等, 2002; 尹維翰等, 2007; 李峋等, 2009; 潘楚東等, 2010; 吳翠晴等, 2012; 尹維翰等, 2012; 李俊龍等, 2015; 王興等, 2016)。這些工作對空間插值方法的最優(yōu)選擇給出了一些有益的建議。

然而, 海洋環(huán)境狀況受制于外部、內(nèi)部諸多動力因子以及熱力和物質(zhì)交換等, 特別是陸架區(qū)、近岸海域及陸架坡區(qū), 還受復(fù)雜的海底地形影響, 海洋環(huán)境要素場必然有著更復(fù)雜的空間分布特征。在使用現(xiàn)有的插值方法繪制的溫度和鹽度斷面圖中, 我們發(fā)現(xiàn)之前沒有被關(guān)注到的一些明顯異?，F(xiàn)象, 如圖1和圖2中的“藕”狀或“臺階狀”的躍層結(jié)構(gòu), 給人們對海洋環(huán)境認(rèn)識和科學(xué)研究帶來虛假信息。本文試圖針對這類異?，F(xiàn)象, 分析其出現(xiàn)的原因, 并對現(xiàn)有插值方法提出一種改進(jìn)方案。

1 問題的提出

在利用海洋調(diào)查數(shù)據(jù)繪制要素空間分布狀況圖時(shí), 人們通過選擇合適的插值方法及恰當(dāng)?shù)乃阉饔騾?shù)、輸出參數(shù)等配置, 通常經(jīng)過幾次調(diào)整后, 可以得到一個(gè)比較滿意的客觀分析圖像。然而, 有時(shí)仍可能出現(xiàn)局部異常, 而且無論如何調(diào)整相關(guān)配置參數(shù)都無法消除。目前, 在海洋水文要素插值中應(yīng)用比較廣泛的有Kriging、三角網(wǎng)線性插值法等。三角網(wǎng)線性插值法得到的結(jié)果能夠很好地呈現(xiàn)原始數(shù)據(jù)信息, 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)邊界舍去較多, 且用所得格點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制的圖像線條不平滑, 有時(shí)會出現(xiàn)或輕或重的“臺階狀”層化結(jié)構(gòu)異常(圖1a)。Kriging方法, 又稱空間自協(xié)方差最佳插值法, 它是建立在變異函數(shù)理論結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)之上的統(tǒng)計(jì)格網(wǎng)化方法, 且可以適當(dāng)?shù)赝馔撇逯档接^測點(diǎn)區(qū)之外, 從而得到較完整的圖像, 但有時(shí)也會有或清晰或模糊的“藕”狀層化結(jié)構(gòu)出現(xiàn)(圖1b)。

類似的異常結(jié)構(gòu)在海洋要素平面圖、斷面圖中經(jīng)常會被看到, 其中斷面圖異常多出現(xiàn)在海底地形傾斜較大, 且水文要素層化結(jié)構(gòu)顯著的區(qū)域。仔細(xì)探尋圖1a & b, 在兩測站之間區(qū)域, 這些“藕”狀或“臺階”狀層化結(jié)構(gòu)并沒有觀測數(shù)據(jù)支持, 其海洋要素分布特征也與測站處的情況不同, 兩測站之間的“藕”狀結(jié)構(gòu)顯示要素的垂向變化的范圍大于測站處, 而“臺階”狀結(jié)構(gòu)中甚至顯示要素幾乎垂向均勻, 在這些區(qū)域明顯出現(xiàn)了不同于測站處觀測數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的環(huán)境信息。無論是兩測站間區(qū)域的“藕”狀還是“臺階”狀結(jié)構(gòu), 其呈現(xiàn)的層化結(jié)構(gòu)范圍都與測站處要素特征不同。這些異常結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)給我們認(rèn)識真實(shí)的海洋環(huán)境狀況帶來了一些信息干擾。

圖1 南海北部一斷面鹽度分布圖

注： a: 三角網(wǎng)線性插值方法插值得到的; b: Kriging方法插值得到的; 黑色圓圈: “臺階”狀或“藕”狀異常結(jié)構(gòu)

本文將以泰國灣內(nèi)的一條鹽度斷面為例進(jìn)行詳細(xì)探討。泰國灣內(nèi)一條由6個(gè)測站T80-T85組成的斷面, 這里分別采用Kriging和三角網(wǎng)線性插值法插值得到鹽度斷面分布圖(圖2a和b)。這兩種插值方法的插值結(jié)果顯示鹽躍層處出現(xiàn)了兩種明顯不同的結(jié)構(gòu)。對于Kriging插值方法, 兩測站間躍層呈“藕”狀結(jié)構(gòu), 相對于測站處的躍層厚度明顯增大, 強(qiáng)度則減弱; 對于三角網(wǎng)線性插值法, 兩測站間呈“臺階”狀結(jié)構(gòu), 兩臺階之間鹽度幾乎垂直均勻。針對這兩種異常現(xiàn)象, 我們認(rèn)為: 1)在測站處由于該站觀測數(shù)據(jù)占絕對優(yōu)勢的權(quán)重, 兩種插值法得到的結(jié)果并無差異, 其層化結(jié)構(gòu)圖像是真實(shí)的; 2)在兩測站之間區(qū)域則由周邊測站的觀測數(shù)據(jù)插值得到, 其結(jié)果與采用的插值方法密切相關(guān)。這意味著這兩種異常結(jié)構(gòu)是插值帶來的。為此, 我們把圖2a和b中鹽度斷面數(shù)據(jù)中的T82測站剔除, 由其他5個(gè)測站組成一個(gè)比對斷面, 并繼續(xù)采用Kriging和三角網(wǎng)線性插值法對其插值得到圖2c和d所示的一組鹽度斷面分布圖。該分布圖顯示這兩種插值方法的插值結(jié)果在T82站均產(chǎn)生了更強(qiáng)的“藕”狀和“臺階”狀結(jié)構(gòu), 其躍層垂向范圍竟比圖2a和b中該測站的測量情況增大了3倍多。以上分析比對可以確定圖像中“藕”狀和“臺階”狀結(jié)構(gòu)是插值帶來的假象。

2 坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法

上面的分析表明, 這種“藕”狀或者“臺階”狀假象出現(xiàn)在躍層中。我們分別計(jì)算了圖2中原斷面中T81—T85各測站的鹽度垂向變化一階導(dǎo)數(shù), 并根據(jù)鹽躍層強(qiáng)度的國標(biāo)規(guī)定(GB/T 12763.7-1991, 1991), 挑選出其中鹽度垂向變化率>0.1/m的值, 并以灰色圓圈標(biāo)注于圖3, 其相應(yīng)的深度位置即是鹽躍層所在處。由圖3可見, 鹽躍層是傾斜的, 而且傾斜角是變化的。其中測站T81—T82之間大于20.0°, T82—T84之間為10°—20°, 而T84—T85之間小于10°。顯然, 該斷面的鹽躍層各段具有不同的傾斜角。然而現(xiàn)有的插值方法對參與插值的離散數(shù)據(jù)的搜索域參數(shù)(包括搜索半徑和搜索域長軸方向等)只能給定一個(gè)值, 搜索域長軸方向等參數(shù)預(yù)先設(shè)定后就不能再改變, 而不能同時(shí)選擇幾個(gè)不同的傾斜角進(jìn)行插值計(jì)算。然而對于躍層所在深度位置呈多角度傾斜變化的斷面, 如果設(shè)置參與插值的搜索域長軸方向只取某一數(shù)值, 則難以兼顧整個(gè)斷面躍層的多角度傾斜變化情況。我們認(rèn)為這可能是現(xiàn)有插值方法設(shè)計(jì)沒有考慮到這種躍層傾斜角變化的情況, 才導(dǎo)致了圖像躍層中出現(xiàn)“藕”狀或者“臺階”狀結(jié)構(gòu)。

圖2 泰國灣內(nèi)的一條鹽度斷面分布圖

注： a: Kriging方法插值得到的; b: 三角網(wǎng)線性插值方法插值得到的; 為了檢驗(yàn)2種不同方法的插值結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的偏差情況, 將圖2a和圖2b的鹽度斷面中T82測站去除, 由其他5個(gè)測站組成一比對斷面, 再分別采用Kriging方法和三角網(wǎng)插值方法插值得到圖2c和圖2d; 圖2c和圖2d中灰色圓點(diǎn): 觀測鹽度值垂向變化(一階導(dǎo)數(shù))>0.1/m的深度層的上下界位置; 紅色五角星: 各測站躍層中心位置

圖3 圖2a鹽度斷面分布圖中鹽躍層特征提取示意圖

注： 灰色圓圈: 鹽度垂向變化(一階導(dǎo)數(shù))>0.1/m的深度層; 紅色五角星: 鹽度垂向變化最大值處; 虛線: 標(biāo)示水平線位置

一般說來, 在近岸海域、陸架海域及陸坡區(qū)鹽度和溫度躍層位置隨地形而傾斜, 傾斜角度往往是變化的。正是這種多角度傾斜變化增添了假象出現(xiàn)的機(jī)會。然而, 如果鹽躍層分布位置是水平的或傾斜角是不變的, 則選用現(xiàn)有的插值方法, 只要調(diào)整參與插值的搜索域的長、短軸半徑和長軸方向等, 就可以兼顧水文要素分布特征, 插值出該要素的客觀圖像。但這里的問題是鹽躍層傾斜角度是變化的, 不同于我們平時(shí)經(jīng)常遇到的水平或者單一傾斜角的躍層。針對上面提出的問題, 我們試圖通過深度坐標(biāo)變換, 使圖3中各測站的躍層中心位于新坐標(biāo)中同一深度上, 然后應(yīng)用現(xiàn)有的方法進(jìn)行插值, 之后再把插值數(shù)據(jù)還原到原有深度坐標(biāo)中, 我們稱之為“坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法”。具體步驟如下:

(5) 選用Kriging插值法對數(shù)據(jù)組繼續(xù)插值, 得到規(guī)整的格點(diǎn)數(shù)據(jù), 并據(jù)此繪制等值線圖(見圖4)。這里三角網(wǎng)線性插值法和Kriging方法的組合使用, 即最大化的呈現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)信息, 又完好保留了數(shù)據(jù)邊界且所繪圖像等值線線條平滑, 實(shí)現(xiàn)了兩種方法的優(yōu)勢互補(bǔ)。

圖4a是采用深度坐標(biāo)變換改進(jìn)后得到的插值結(jié)果, 由圖可見鹽躍層貼近海底, 并隨地形由深向淺變化, 在測站處其躍層上下限位置與測量結(jié)果相一致, 在兩測站之間也沒有出現(xiàn)圖2a和b中的“藕”狀或者“臺階”狀結(jié)構(gòu)。躍層之下有一高鹽水順勢向岸爬升, 鹽度值逐漸變小, 而躍層之上鹽度混合均勻, 表現(xiàn)為典型的三層結(jié)構(gòu)。整體很好地呈現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)的客觀真實(shí)性, 符合物理海洋學(xué)的基本認(rèn)識。

圖4 經(jīng)過深度坐標(biāo)變換處理后得到的鹽度斷面分布(資料同圖2)

注： a: 同圖2a和b數(shù)據(jù)斷面; b: 同圖2c和d數(shù)據(jù)斷面; 灰色圓圈: 各測站觀測鹽度的垂向變化(一階導(dǎo)數(shù))>0.1/m的深度層上下限位置; 紅色五角星: 測量躍層最強(qiáng)的深度位置; 灰色三角形: 坐標(biāo)變換改進(jìn)插值得到T82站的躍層上下限位置

為了驗(yàn)證坐標(biāo)變換改進(jìn)后的插值效果, 本文特意對去除第三測站(T82)數(shù)據(jù)的比對斷面插值結(jié)果進(jìn)行比較。直接用Kriging方法、三角網(wǎng)線性插值法插值得到的結(jié)果在T82測站處出現(xiàn)明顯的“藕”狀(圖2c)和“臺階”狀(圖2d)假象, 而運(yùn)用本文的坐標(biāo)變換改進(jìn)后的插值方法得到的鹽度斷面分布圖在T82測站的分布特征與原6點(diǎn)組成的鹽度斷面結(jié)果非常接近(圖4b), 插值出的躍層厚度與該測站測量結(jié)果基本相當(dāng), 可以較好地表現(xiàn)出鹽躍層的分布特征, 只是躍層上限位置略淺些, 這是受該處不同傾斜角度的躍層位置影響所致。

在該組比對斷面插值結(jié)果中, 我們分別提取出圖2c和d、圖4b中T82站處三種插值結(jié)果, 與該站觀測值一起繪制鹽度垂向分布圖(見圖5)。比較表明, 在10m以淺, Kriging方法、三角網(wǎng)線性插值方法、采用坐標(biāo)變換改進(jìn)后的插值結(jié)果與實(shí)測值相差不大, 但10m以深的鹽度垂向分布差別較大。觀測得到的該站鹽度層化為典型的三層結(jié)構(gòu), 即上均勻?qū)?躍層-下均勻?qū)? 鹽躍層位于27.5—34.5m, 厚度為7.0m, 強(qiáng)度為0.16/m。三角網(wǎng)線性插值方法得到T82站的結(jié)果出現(xiàn)雙鹽躍層, 如同圖2d看到的臺階狀結(jié)構(gòu), 躍層范圍也因此比觀測的放大了將近2倍, 強(qiáng)度為0.06/m, 比觀測的縮小了近一半。Kriging方法得到的T82站鹽躍層也出現(xiàn)類似于三角網(wǎng)線性插值結(jié)果的雙躍層結(jié)構(gòu), 顯現(xiàn)為弱化的多層層化結(jié)構(gòu): 12.0m處鹽度垂向變化較強(qiáng)略<1.0/m; 之后隨著水深增加鹽度近乎均勻分布; 直到27.0m處鹽度垂向變化增大, 且>1.0/m; 27.0—37.5m之間的鹽度垂向變化緩慢, 近乎均勻變化, 這部分厚度約為10.0m, 強(qiáng)度為0.04/m; 近底37.5m處鹽度垂向變化增大, 且>1.0/m。本文提出的“坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法”得到的鹽度垂向分布表現(xiàn)為典型的三層結(jié)構(gòu), 鹽躍層位于25.0—29.0m, 厚度為4.0m, 強(qiáng)度為0.20/m, 其分布態(tài)勢和躍層強(qiáng)度都更接近于觀測結(jié)果。由此可見, 利用“坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法”得到的結(jié)果在躍層分布形態(tài)、厚度、強(qiáng)度方面更能客觀地反映其實(shí)際特征。

現(xiàn)在, 我們把前面提出的坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法應(yīng)用于舟山東南東海陸架區(qū)的一條斷面。該斷面共有11個(gè)觀測站, 水深均淺于110m。圖6中綠色標(biāo)示的區(qū)間是實(shí)測溫度梯度大于0.2°C/m的溫躍層, 它位于近底層。圖6a中紅線和黑線分別為應(yīng)用本文坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值法和三角網(wǎng)線性插值法得到的等溫線分布。結(jié)果表明, 兩種方法得到的等溫線分布大部分區(qū)域基本一致, 但溫躍層及附近區(qū)域差別明顯。應(yīng)用本文坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值法得到的結(jié)果顯示在溫躍層中等溫線密集, 兩測站之間接近直線性地自然連接, 十分接近人工繪圖結(jié)果。然而三角網(wǎng)線性插值結(jié)果中出現(xiàn)由一組密集的等溫線構(gòu)成一種類似臺階狀的圖像異常, 即兩臺階面之間是垂直均勻的水層, 從而呈現(xiàn)似雙躍層的結(jié)構(gòu)。這種異?，F(xiàn)象在29.22°—29.1°N、28.87°—28.72°N、28.15°—27.84°N三個(gè)區(qū)間較明顯, 尤其28.87°—28.72°N區(qū)間。

圖5 T82測站處鹽度觀測值及圖2c和d、圖4b中鹽度插值結(jié)果的垂向分布

圖6b與圖6a比較, 可以看到Kriging方法與本文改進(jìn)方法插值結(jié)果的差異更明顯, 尤其在溫躍層及其附近區(qū)域的等溫線分布。Kriging法插值結(jié)果(圖6b)顯示在該區(qū)域內(nèi)等溫線分布略顯復(fù)雜。在測站處等溫線在溫躍層高度聚集。而在兩測站之間等溫線分別向上、下彎曲, 從而被分為上、下兩個(gè)等溫線密集水層, 這兩等值線密集區(qū)之間的水層等溫線略稀疏, 溫度接近垂直均勻態(tài), 整體呈現(xiàn)雙躍層特征, “藕”狀結(jié)構(gòu)明顯。結(jié)合前面的分析, 這種類似“藕”狀的結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是Kriging方法插值帶來的假象。本文坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法得到的等溫線則在近底層各個(gè)測站間近直線性連接, 呈現(xiàn)出隨地形變化的強(qiáng)溫躍層。由此可見, 這種坐標(biāo)變換修正的插值方法得到的結(jié)果更符合水文要素的客觀分布特征, 能更好的體現(xiàn)海洋要素?cái)?shù)據(jù)的客觀真實(shí)性, 是對現(xiàn)有插值方法的改進(jìn)與補(bǔ)充。

3 結(jié)論

插值方法的合理選用是海洋環(huán)境要素得以客觀成像過程中的重要一步。插值方法各有特色, 如何把插值方法恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于各種各樣的海洋環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)中是我們使用這些方法的關(guān)鍵。這不僅需要我們熟知各類插值方法的優(yōu)缺點(diǎn), 還要對所使用的數(shù)據(jù)環(huán)境有一個(gè)初步的了解。在此基礎(chǔ)上, 以海洋數(shù)據(jù)特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn), 采用合適的插值方法, 并選擇恰當(dāng)?shù)乃阉饔騾?shù)、輸出參數(shù)等配置, 通常經(jīng)過幾次調(diào)整后, 可以得到一個(gè)比較滿意的客觀分析圖像, 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資料的客觀分析圖像展示。

圖6 8月初舟山東南東海陸架海域的一條觀測斷面的溫度分布

注： 綠色: 各測站實(shí)測溫度梯度大于0.2°C/m的水層; 藍(lán)色菱形: 各測站位置; 藍(lán)色魚骨線: 各測站的測點(diǎn)位置; 紅色等值線: 采用本文坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法得到的結(jié)果; 黑色等值線在圖6a、圖6b中分別表示采用三角網(wǎng)線性插值法和采用Kriging插值法所得到的結(jié)果

利用現(xiàn)有的插值方法繪制海洋要素圖像時(shí), 我們發(fā)現(xiàn)在陸架區(qū)、近岸海域及陸架坡區(qū)有時(shí)會出現(xiàn)一些之前沒有被關(guān)注到的“藕”狀或“臺階”狀結(jié)構(gòu)假象。我們分析認(rèn)為這是由于要素特征超出了現(xiàn)有插值方法的基本設(shè)置要求, 或者說, 在現(xiàn)有的插值方法設(shè)計(jì)中對于要素場空間分布的某些特征沒有被充分考慮到。如本文圖2中鹽躍層存在不同傾斜角, 然而現(xiàn)有的插值方法中的搜索域主軸卻不能同時(shí)選擇幾個(gè)不同的傾斜角進(jìn)行插值計(jì)算。對此, 我們在充分尊重?cái)?shù)據(jù)的前提下, 提出了坐標(biāo)變換改進(jìn)的插值方法。該方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度坐標(biāo)變換, 快速調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 使其適應(yīng)插值方法的設(shè)置要求, 有效地避免了插值得到的要素圖像中出現(xiàn)“藕”狀或“臺階”狀假象, 解決了插值方法在海洋環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)插值中的一個(gè)實(shí)際問題, 也是對現(xiàn)有插值方法的一種補(bǔ)充。同時(shí), 這里三角網(wǎng)線性插值法和Kriging方法的聯(lián)合使用, 即最大化地保留了原始數(shù)據(jù)信息, 又完好保留了數(shù)據(jù)邊界且所繪圖像等值線線條平滑, 實(shí)現(xiàn)了兩種方法的優(yōu)勢互補(bǔ)。

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IMPROVED INTERPOLATION FOR MARINE STRATIFICATION DATA

ZHANG Zhi-Xin1, 2, 3, 4, GUO Jing-Song1, 2, 3, CAI Yan-Hong5, QIAO Fang-Li1, 2, 3, GUO Bing-Huo1, 3

(1. First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China; 2. Laboratory for Regional Oceanography and Numerical Modeling, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237, China; 3. Key Laboratory of Marine Science and Numerical Modeling, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China; 4. Key laboratory of Data Analysis and Applications, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China; 5. Ningbo Marine Environment Monitoring Center Station, Ministry of Natural Resources, Ningbo 315012, China)

The objective analysis images of marine environmental survey data are a direct reflection of the survey results and the basis for further scientific research. In the offshore waters and continental shelf slopes where the spatial distribution of environmental elements is complex, we find that the results obtained by the existing interpolation methods sometimes show local anomalies that have not been noticed before, such as the commonly used Kriging method or triangulation linear interpolation method. The image sometimes appears to have a light or heavy lotus-root-like or stairway-like layered structure abnormality. We proposed a coordinate transformation method based on the original data, and uses a combination of triangulation linear interpolation and Kriging to perform data interpolation, thereby effectively avoiding the artifacts of a layered structure similar to lotus-root or stairway in shape. The method solves a practical problem encountered in the interpolation of marine environmental survey data by interpolation methods, and is a supplement to the existing interpolation methods.

interpolation method; coordinate transformation; stratification data; visualization image; offshore hydrology

* 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目, 2016YFC1401403號; 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目, 41606035號; 國家海洋局東海分局指令性項(xiàng)目, 象山港及浙北海域水污染分布規(guī)律及站點(diǎn)布設(shè)方法研究。張志欣, 博士, E-mail: zhangzx@fio.org.cn

郭景松, 研究員, E-mail: gjings23@fio.org.cn

2019-09-04,

2019-11-22

P331; P717; P731.1; P76

10.11693/hyhz20190900165