西北太平洋部分海域AVHRR、TMI与MODIS遥感海表层温度的初步验证

选取[10～35°N,110～165°E]的西北太平洋海域,利用2002年7月～2005年12月Argo浮标数据对AVHRR/MODIS/TMI SST的daily（升轨）数据进行验证.结果表明：AVHRR/MODIS/TMI daily SST与Argo浮标5～6 m层温度总体的均方差rms在0.6～0.9℃,平均偏差bias在-0.2～0.2℃,平均绝对偏差bias_abs在0.3～0.7℃.这与三传感器全球范围的SST反演目标相当,说明在本区域SST反演不存在显著偏差.各遥感SST与浮标温度的差异存在季节变化,夏季偏高,很可能与夏季垂直混合较弱,比对采用的实测水温与海表温度差距较大有关.在3种遥感SST中,TMISST偏离实测值的程度最高,且偏离范围较大.作者认为这与该区域黑潮经过,产生诸多涡旋和锋面,SST时空变化剧烈而TMI空间分辨率较低有关.本研究将为此西北太平洋海域的多源SST融合提供一个比较可靠的依据.     

湾流及其邻近海域中尺度涡统计特征分析

为了得到中尺度涡的特征,综合利用1993-2012年共20a的卫星高度计资料及Argo浮标资料等,对湾流及其邻近海域的中尺度涡特征进行统计,并采用合成方法对涡的三维结构特征进行分析。结果表明:该海域气旋涡(CE)和反气旋涡(AE)的平均生命史及平均半径十分相近;湾流主体段与延续段的涡动能(EKE)、涡能量密度(EI)和涡度明显大于其他区域,气旋涡平均强度大于反气旋涡;对于生命周期内的长周期涡,半径和EKE的变化幅度较大,EI和涡度的变化较小;涡以西向移动为主,平均移速3.2cm/s;长周期气旋涡和反气旋涡均具有向赤道移动的特征;在垂直剖面上,气旋涡(反气旋涡)存在2个温度负(正)异常结构和上下2个盐度负(正)异常结构,涡对海水温盐的垂向影响可达1km以上。     

Argo——成功的十年

由美、日等国科学家发起的国际Argo计划已经走过了10个年头,由3000多个自动剖面浮标组成的全球Argo实时海洋观测网也已于2007年10月末正式建成,成为全球海洋观测系统的重要支柱,迄今在全球海洋0—2000m深度范围内获取的温度、盐度和海流剖面资料总数已达56万余条,并正以每年10万条剖面以上的速度增加。随着Argo资料数量的快速增加和质量的不断提高。它们在海洋和大气等多个领域科学研究和业务活动中的应用也得到了长足发展,正有效地改变着人们对许多重大自然环境问题的认识,提高了人们对重大海洋和天气事件的预测预报能力。我国于2001年正式加入该计划,已经初步建立起我国的Argo大洋观测网,并在Argo资料的接收、处理和质量控制等方面积累了丰富的经验。但是,与其他国家相比,无论在重视程度和投入力度方面都还存在较大的差距。急需整合资源和力量,强化我国Argo大洋观测网的建设及其资料的应用研究,为应对全球气候变化做出更大的贡献。     

西北太平洋温盐分布的时空尺度分析

为了更清晰地了解西北太平洋的温盐分布特征,基于全球实时海洋观测计划(Argo)浮标观测剖面,利用自相关函数方法,对西北太平洋海域(选取范围为120°E~160°W,10~40°N)温盐分布的时空尺度进行了分析,并通过高斯函数拟合得到了温盐的时空去相关尺度。研究表明,自相关函数随季节和深度发生变化,各层的自相关函数值随着空间增大而降低。表层,夏季温度的空间去相关尺度比冬季大,但时间去相关尺度小;次表层,夏季温度的自相关函数随空间增大迅速递减,空间去相关尺度比冬季小;深层,夏季和冬季的温度时空尺度相近。盐度的季节性变化较温度要小,但盐度的空间变化尺度比温度要大,而时间变化尺度则比温度小。2种要素的信噪比均大于2,可以用来指导精细化观测布网的采样间隔。     

利用Agro浮标估计南大洋混合的时空变化

海洋中的湍流跨等密度面混合(以下简称混合)控制着海洋中淡水、热量以及CO2等溶解物质的输运。南大洋是全球湍流混合最强烈的区域之一。理解南大洋湍流混合的时空分布特征对于模拟和预测全球大洋环流和气候变化起着至关重要的作用。目前,部分投放在南大洋的新型Argo浮标已经采用铱星通讯系统传送数据,可以返回垂向高分辨率的水文剖面,从而为研究南大洋的湍流混合提供了前所未有的机遇。本文作者在国际上首次利用这些新型浮标观测得到的高分辨率剖面对湍流混合进行了研究。结果表明,南大洋的混合存在明显的空间分布不均匀性,并且与地形变化密切相关。此外,在地形平坦处,湍流混合表现出明显的季节变化。这种变化主要是由风输入到海洋中的近惯性能量的季节性变化引起的。     

海流激励下Argo浮标运动响应特性仿真分析

为优化Argo浮标结构,使其对海流变化的响应更加迅速。针对海流激励下Argo浮标的运动响应特性问题,建立了浮标运动与海流数学模型,对Argo浮标及加入十字形帆后纵平面的运动响应特性进行了仿真计算,分析了不同尺寸的帆对响应速度的影响,对帆的尺寸提出了设计建议。结果表明:随着帆长度的增加,其横向响应速度呈现先变快后变慢的趋势,帆的尺寸不同对其影响程度也不同,各宽度的帆均存在最佳的长度配对方案。在海流作用下,加入十字形帆可以有效提高Argo浮标的响应速度,在5 s响应时间处,响应速度相比不加帆的浮标可增大30.4%,俯仰角及俯仰角速度变化范围均有一定的减小。研究结果表明,添加十字形帆可提高Argo浮标横向的随流特性。     

基于多卫星和Argo浮标观测海洋上层对台风婷婷的响应

利用多卫星平台和Argo浮标观测资料,分析研究了2004年台风婷婷(Tingting)引起海洋上层温盐结构和叶绿素a浓度的时空变化特征.结果发现,台风婷婷过境时沿着其路径诱发强烈的上升流,混合层内海水混合加剧,冷涡加强,出现了大范围的海表温度降低和叶绿素a增加现象.台风前的冷涡区域,出现大面积的"冷斑"和"藻华带",且维持时间更长;而在台风前的暖涡区域内,则生物物理响应不明显.因此,先前的海洋环境对于台风引起的上层生物物理响应具有重要意义.     

基于Argo资料的热带印度洋上层声场分析

为了解热带印度洋的水声场,利用2004-2013年10a的地转海洋学实时观测阵(Argo)资料,根据声速计算经验公式,对水声的水平分布、铅直断面分布、声跃层的分布、季节变化和铅直结构进行了较为全面的分析,并对强跃层区进行逐月研究。结果表明,50m深度层声速场呈北高南低的纬向带状分布形式,而200m深度层声速场由北向南呈现高—低—高—低分布;在85°E断面上,声速等值线在赤道以南存在较大的槽、脊,而在赤道以北较为平直;声跃层的深度冬季总体分布为南浅北深,夏季在10°N西印度洋和10°S东印度洋各有一部分明显的较深区域;跃层厚度普遍冬季大于夏季,东部大于西部,跃层强度的分布在冬季存在1个高值区,在夏季存在2个高值区;跃层的断面分布上,其结构、强度和位置都随季节有明显变化。     

基于Argo资料的梯度依赖相关尺度方法

为了提升对海洋实测资料的标准化处理水平,基于Argo资料最优插值客观分析实验,对目前被广泛应用的背景误差协方差矩阵经验公式进行了改进,设计了一种提高海洋资料分析精度的方法,简称梯度依赖相关尺度法。利用高斯脉冲和空间能量谱分析方法,在理论上验证了梯度依赖相关尺度法对Argo客观分析精度改进的有效性。通过太平洋海域Argo温、盐度资料客观分析表明,利用海洋水文要素梯度变化对相关尺度进行自动调整可以提高分析方案的适应能力,得到的分析结果更接近海洋客观情况。该方法适用于数据同化或客观分析,同时,在不增加计算量的前提下,可以达到与提高网格密度相同的分析效果,从而更易于进行海洋资料标准化。     

基于Argo资料的三维盐度场网格化产品重构

针对标准化海洋盐度场产品较为匮乏的事实,利用Argo温盐观测剖面与卫星遥感海表温度资料,采用时空权重插值和多变量DINEOF方法,对太平洋区域2000年1月至2008年12月的三维逐周盐度场进行重构。提出的重构方法有2个明显特色,一是采用时空权重插值与多变量DINEOF相结合的方法,弥补了时空权重插值结果中包含缺失数据的不足;二是引入卫星遥感海表温度,弥补了Argo可靠海表数据的缺乏。重构再分析产品与其他观测和数据产品的对比结果表明,重构产品不但能够抓住盐度分布的主要模态特征,而且可表现盐度不同时间尺度的变化特征,为海洋和气候研究提供了一种有用的标准化数据新产品。