4. 温盐剖面可视化基础

温盐剖面数据最常见的三种基础图形是温度-深度曲线（T-D）、盐度-深度曲线（S-D）和温度-盐度点聚图（T-S）。它们分别回答三个不同的问题：温度随深度如何变化、盐度随深度如何变化、以及水团在温盐参数空间中落在什么位置。理解这三种图的坐标约定与绘制细节，是后续剖面分析、水团识别和异常排查的基础。

一、坐标约定：深度向下为正

海洋剖面图与一般数学曲线最大的差别在于纵轴方向。海洋学惯例是深度向下增大，因此绘图时必须反转纵轴，否则读者会把“深层”误读为“高空”。在 Matplotlib 中通过 ax.invert_yaxis() 实现。同时，深度通常作为纵轴、温盐作为横轴，这样剖面形态与真实水体上下关系一致。本节所有图示与代码均采用“深度向下为正、纵轴反转”的约定。

另一个约定是单位：温度用摄氏度（℃），盐度用实用盐度（无量纲，常写作 PSU 或 1），深度用米（m）。绘图时应在轴标签中写明单位，避免后续与位温、绝对盐度混淆。

二、三种基础图形的分工

温度-深度曲线把温度放在横轴、深度放在纵轴，能直观看出温跃层的位置和强度：曲线在某深度段斜率陡峭，说明温度梯度大，即温跃层。盐度-深度曲线同理，用于观察盐跃层与盐度垂向结构。T-S 点聚图则把每个采样点的温度和盐度作为一对坐标投到平面上，深度信息不再作为坐标轴，而是通过点的颜色或大小编码，从而观察水团在温盐空间中的聚集形态与混合线。

上图把三种图并列展示：左、中两幅以深度为纵轴，突出垂向结构；右幅以温度、盐度为平面坐标，突出水团位置与混合关系。实际分析中三者常配合使用——先用 T-D 和 S-D 定位跃层深度，再用 T-S 图判断水团来源与混合过程。

三、用 Matplotlib 绘制剖面曲线

假设已从 CTD 数据中整理出三个等长数组：depth（深度，m）、temp（温度，℃）、sal（盐度，1）。绘制温度-深度曲线的最小代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt

fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(8, 6), sharey=True)

axes[0].plot(temp, depth, color="#e07a3f", lw=2)
axes[0].set_xlabel("温度 / ℃")
axes[0].set_ylabel("深度 / m")
axes[0].set_title("温度-深度曲线")

axes[1].plot(sal, depth, color="#2f9e8f", lw=2)
axes[1].set_xlabel("盐度 / 1")
axes[1].set_title("盐度-深度曲线")

for ax in axes:
    ax.invert_yaxis()      # 深度向下为正
    ax.grid(alpha=0.3)

plt.tight_layout()
plt.savefig("profile_td_sd.png", dpi=150)

关键点有三：sharey=True 让两幅图共用深度轴，便于横向对照跃层深度；invert_yaxis() 保证深度向下；grid(alpha=0.3) 用浅网格辅助读数而不喧宾夺主。若数据中存在缺测值（如 NaN），Matplotlib 会自动断开曲线，这通常正是我们想要的——缺测段不应被直线连接。

四、T-S 点聚图的绘制与深度编码

T-S 图的核心是把温度、盐度作为平面坐标，并用颜色表示深度，从而在二维平面上保留第三维信息：

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 5))
sc = ax.scatter(sal, temp, c=depth, cmap="viridis_r", s=18)
ax.set_xlabel("盐度 / 1")
ax.set_ylabel("温度 / ℃")
ax.set_title("T-S 点聚图（颜色表示深度）")
fig.colorbar(sc, ax=ax, label="深度 / m")
plt.tight_layout()
plt.savefig("ts_diagram.png", dpi=150)

这里使用 cmap="viridis_r"（反转色带），使浅层为亮色、深层为暗色，符合“越深越暗”的直觉。若数据点较多，可适当减小 s 并提高透明度（alpha=0.6），避免点重叠成块。T-S 图上若出现沿某条直线分布的点列，往往提示两水团的混合；若点群明显分裂为两簇，则提示存在性质不同的水团。

五、绘图前的数据检查与常见问题

图形是否可信，取决于绘图前的检查。建议在绘图前先做三件事：其一，确认 depth、temp、sal 三者长度一致且一一对应，避免错位；其二，检查深度是否单调递增，若 CTD 下放与回收数据混在一起，需先按深度排序或只取下放段；其三，检查盐度是否存在明显离群值（如小于 0 或远高于 40），这类值会严重拉伸横轴，使曲线挤成一团。

此外，坐标轴范围应依据数据实际分布设定，而非机械使用默认值。例如近岸站盐度可能集中在 30～34，若横轴从 0 开始，曲线会被压扁；此时可用 ax.set_xlim(29, 35) 聚焦有效区间，但需在图中保留清晰的刻度与单位，避免误导读者。

六、从图形到判读

三种基础图形绘制完成后，判读应围绕具体特征展开：T-D 曲线上斜率最大的深度段对应温跃层，可读出其上下界；S-D 曲线上盐度快速变化的深度段对应盐跃层；T-S 图上点群的分布形态则用于判断水团数目与混合趋势。把三者对照，例如温跃层与盐跃层是否出现在同一深度、T-S 点群是否沿混合线分布，就能对剖面的垂向结构与水团特征形成较完整的认识。这些判读结论应建立在数据检查通过、坐标约定一致的前提之上。