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南海多尺度資料同化系統及多年高分辨率再分析產(chǎn)品

主要完成人:彭世球、曾學(xué)智、王東曉、齊義泉、陳榮裕

主要完成單位:中國科學(xué)院南海海洋研究所

成果獎項情況:2016年海洋科學(xué)技術(shù)獎二等獎

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項目基于區域海洋模式系統ROMS(Regional Oceanic Modeling System),結合多尺度三維變分同化方法構建南海區域的多尺度三維變分同化系統。該系統能有效地同時(shí)同化多種類(lèi)型的觀(guān)測數據,包括海表高度、海表溫度、海表鹽度、海表流及溫鹽剖面資料。針對不同類(lèi)型的觀(guān)測數據空間分布存在差異,其包含的信息的空間尺度明顯不同這一特點(diǎn),我們提出多尺度的概念,即在同化不同類(lèi)型的觀(guān)測資料時(shí)采用不同尺度的背景誤差協(xié)方差矩陣及代價(jià)函數。另外,由于南海及西北太平洋水體性質(zhì)存在明顯差異,計算背景誤差協(xié)方差矩陣時(shí)也進(jìn)行分區計算。在此基礎上,利用此同化系統同化包括多源衛星觀(guān)測的海表高度異常(SLA)、衛星觀(guān)測及船舶觀(guān)測的海表溫度資料,以及來(lái)自Argo、WOD及南海海洋研究所航次觀(guān)測的溫鹽剖面等歷史觀(guān)測資料,產(chǎn)生了一套多年(1992-2011)高分辨率格點(diǎn)化的南海及鄰近海域海表高度和三維溫鹽流資料集,稱(chēng)為南海海洋再分析產(chǎn)品(A reanalysis dataset of the South China Sea,REDOS)。對REDOS的初步檢驗,包括與獨立的溫鹽剖面資料、衛星觀(guān)測的海表高度、驗潮站水位觀(guān)測、漂流浮標觀(guān)測的海流信息、漂流浮標軌跡及其它再分析產(chǎn)品等資料的對比,均表明了REDOS基本能夠再現南海的海洋狀態(tài)及相關(guān)的海洋過(guò)程和現象,而且是目前為止南海區域分辨率最高、偏差最小的一套再分析資料。
      南海海洋再分析產(chǎn)品是一套具有高時(shí)空分辨率的、具有自主知識產(chǎn)權的再分析資料,填補了我國南海區域高時(shí)空分辨率再分析資料的空白,為南海物理海洋學(xué)的研究提供了基礎數據集,對南海物理海洋學(xué)相關(guān)的研究具有推進(jìn)作用,另外也為我國南海區域的漁業(yè)生產(chǎn)及海軍艦船的水下環(huán)境保障提供參考數據,具有重要的科學(xué)意義和應用價(jià)值。目前,REDOS已經(jīng)移交到海軍海洋水文氣象中心,用于國防建設和軍事任務(wù)決策服務(wù), 對于海洋權益維護和國家安全起到積極的促進(jìn)作用。另外,該同化產(chǎn)品也在國家氣候中心氣候預測業(yè)務(wù)中使用,為該中心開(kāi)展對南海臺風(fēng)、季風(fēng)等相關(guān)天氣氣候預測業(yè)務(wù)提供必需的海洋資料,有利于預測水平的提高。
主要技術(shù)指標:
1. 同化系統應具有同時(shí)同化多種不同來(lái)源不同變量觀(guān)測資料的能力;
2. 再分析產(chǎn)品的時(shí)間長(cháng)度不少于10年;
3. 再分析產(chǎn)品的水平分辨率不小于1/10度,垂向最大的數據不小于1000米。
4. 再分析產(chǎn)品應包含海表高度、溫度、鹽度及流場(chǎng)等基礎的海洋物理變量,其中溫度、鹽度及流場(chǎng)與觀(guān)測資料的平均均方根偏差控制在0.10°C、0.25psu及0.20m/s以?xún)取?

南海物理海洋學(xué)數據集SCSPOD14

主要完成人:曾麗麗、王東曉、陳舉、王衛強、陳榮裕

主要完成單位:中國科學(xué)院南海海洋研究所

查看數據:溫度 鹽度 溫躍層 混合層深度 障礙層厚度 相關(guān)文獻       相關(guān)新聞      

海洋科學(xué)的很多重要進(jìn)展都與現場(chǎng)觀(guān)測資料密切相關(guān)。在南海,除了國際World Ocean Database (WOD)數據集和Argo觀(guān)測系統,中國科學(xué)院南海海洋研究所是我國唯一專(zhuān)注于南海區域海洋學(xué)研究的國家級研究機構,自1970年代以來(lái)實(shí)施了大量的科考航次,積累了豐富的觀(guān)測數據。Zeng等(2016b)在收集WOD、Argo浮標等開(kāi)放數據的基礎上,融入大量中國科學(xué)院南海海洋研究所實(shí)施的實(shí)測數據,經(jīng)多重嚴格的質(zhì)量控制,匯集了51392個(gè)溫鹽廓線(xiàn)。經(jīng)過(guò)網(wǎng)格化處理及平滑處理等步驟,建立了包含南海氣候態(tài)平均的溫鹽和溫躍層/混合層深度/障礙層厚度的格點(diǎn)化數據集SCSPOD14。該數據集的建立為分析南海區域的熱力學(xué)過(guò)程,水團的時(shí)空變化以及南海海盆尺度和中尺度海洋結構特征提供觀(guān)測基礎。文章一經(jīng)發(fā)表(Zeng et al, 2016),即被作為亮點(diǎn)文章在雜志網(wǎng)站首頁(yè)推薦,同時(shí)也得到了國內《大氣科學(xué)進(jìn)展》雜志的大力推薦。

斯里蘭卡馬塔拉的風(fēng)和浪數據集

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該數據集是從 2012 年 12 月首次部署在斯里蘭卡南部、面向北印度洋的一組儀器觀(guān)測的連續的風(fēng)和浪數據集。 該海域是世界上最繁忙的航道之一,但由于測量難度大,同時(shí)記錄該區域風(fēng)和波浪數據很少。 本研究描述了風(fēng)浪的調查、部署和測量,旨在為數據集的未來(lái)用戶(hù)提供最全面和盡可能多的信息。 數據集(Luo et al., 2017) 可從科學(xué)數據庫 (https://doi.org/10.11922/sciencedb.447) 公開(kāi)獲得。
      使用這些波浪觀(guān)測來(lái)評估 ERA-Interim 再分析產(chǎn)品, 根據浮標 2 的數據,雖然季風(fēng)可以顯著(zhù)改變涌浪和風(fēng)海之間的比例,但涌浪是全年波浪的主要組成部分。

儀器布放位置示意圖

有效波高(a),風(fēng)浪和涌浪的平均波向和有效波高(b和c)和風(fēng)浪和涌浪占比的時(shí)間序列圖