海水硝酸盐跃层深度计算方法研究

硝酸盐是海洋中浮游植物生命活动可利用的主要氮形态,其跃层深度(Z_(N))会直接影响硝酸盐垂向输送、海洋初级生产力以及海洋碳循环。随着海洋观测技术的不断发展,硝酸盐剖面数据的采集呈现多样化,包括船基CTD观测和生物地球化学浮标BGC-Argo自动观测等,且垂向采样分辨率差异较大(CTD较低,BGC-Argo较高)。针对不同采样数据,亟需对硝酸盐跃层深度计算方法进行系统且定量化的对比分析研究。本文利用西北太平洋历史船测CTD数据和BGC-Argo浮标数据,采用差值法、梯度法和阈值法分别计算对应硝酸盐跃层深度。研究结果表明:就单一硝酸盐剖面,基于BGC-Argo数据,差值法计算的Z_(N)与目视解译的Z_(N)相差仅为0.2 m,阈值法次之为20.0 m,梯度法相差最大为202.8 m;基于CTD数据,差值法计算的Z_(N)与目视解译的Z_(N)相差2.0 m,阈值法相差49.0 m,梯度法相差155.0 m。相较于梯度法和阈值法,差值法计算的Z_(N)与目视解译的Z_(N)相差最小。根据误差统计分析结果发现,基于BGC-Argo数据,三种方法计算得到的Z_(N)与目视解译的Z_(N)均呈现良好相关性,其中差值法计算结果误差最小(R^(2)为0.77,RMSE为28.48 m),阈值法的R^(2)为0.64,RMSE为34.85 m,梯度法的R^(2)为0.52,RMSE为53.80 m;对于CTD数据,由于其垂向采样分辨率较低,三种方法计算得到的Z_(N)与目视解译的Z_(N)相差较大,但相比于梯度法和阈值法,差值法的误差仍最小(R^(2)为0.81,RMSE为16.13 m),阈值法的R^(2)为0.47,RMSE为27.65 m,梯度法的R^(2)为0.42,RMSE为36.41 m。通过对比分析各方法的特点和差异性,初步探究了各方法的适用性,可为深入研究硝酸盐垂向分布特征和向上输运过程提供科学参考。