基于海面位势高度和海表温度构建西太平洋三维温度场

提出了一个基于上一年逐月三维再分析温盐场和第二年月平均卫星观测数据,包括海表温度SST(Sea Surface Temperature),海面高度异常SLA(Sea Level Anomaly),来推算区域海洋三维温度场的方法。选取西太平洋区域作为验证算法有效的海区。该三维水域的水平海域范围设定为:30°N～50°N,140°W～180°W,水平分辨率为1°;深度方向为从海表至-1 000 m,划分为19层。重构的第一步是利用上一年的逐月的温盐场,在该三维空间的每个网格点上建立一个温度和卫星观测的海表温度、海面位势高度的回归方程。根据该回归方程和第二年的卫星观测数据可以得到第二年的该区域的三维温度场。第二步把相同月份的该区域存在的Argo温度廓线同化进重构的温度场来提高重构的精度。重构的2015、2016年的温度场和CMEMS(Copernicus Marine Environment Monitoring Service)提供的再分温度场的相关系数分别达到了0.992 9和0.991 2,均方根误差为0.79和0.89℃;在-200 m以深的区域,均方根差异小于1℃,-200 m以浅的区域,均方根差异在1～2℃。表明该重构方法是合理有效的,所以基于第一年的温盐三维数据和第二年的卫星观测的海表数据可以重构第二年的三维温度场。     

西沙群岛永兴岛礁坡石珊瑚覆盖率的空间变化

连续影像样方调查方法较常用的截线样条法具有空间分辨率高的特点.采用该方法于2008年7月在西沙群岛永兴岛礁坡开展了5条垂直岸线断面和2条平行岸线断面的石珊瑚覆盖率调查.调查发现,永兴岛珊瑚覆盖率存在显著的空间差异,北、西北和东部断面珊瑚分布相对较多,覆盖率较高;西和西南部断面珊瑚分布稀少,覆盖率低.其中北、西北和东部断面沿礁坡方向珊瑚分布明显减少,礁坡中上部30-50m以上、水深5-6m以浅的区域,珊瑚覆盖率高;而礁坡中下部50m以下、水深约6m以深区域,珊瑚分布少,覆盖率低.此外,北和西北部断面还发现由棘冠海星Acanthaster planci和黑皮海绵Terpios hoshinota分别造成的珊瑚白化和珊瑚黑死现象,一定程度上降低了珊瑚覆盖率.永兴岛珊瑚覆盖率的下降以及空间变化格局的形成主要与30年以来日益增加的人类活动和珊瑚礁区过度开发有关.     

基于遥感数据的三维温度场参数化分析方法研究

为了满足海洋研究以及海洋调查的需求，本文基于Argo剖面和海表面温度数据开发了一个新的拟合三维温度场的算法。选取西北太平洋区域作为验证算法有效的实验海区。该水域的经纬度范围设定为:30°～40°N, 140°～155°E, 水平分辨率为0.25°。深度方向为从海表到2 000 m水深，水域划分为29层。拟合算法首先将Argo温度剖面以5个深度划分为6层，分别为混合层、夹层、温跃层、过渡层、第一深层、第二深层，然后以第一猜想值和线性回归得到的海表面温度作为初始条件重构三维温度场。重构的三维温度场的剖面与原观测剖面的均方根误差较小，相关性较好，表明该算法是合理有效的。     

Argo、GTSPP与WOD数据集及其应用中需注意的若干问题

数据集整体的时空覆盖率制约了海洋科学研究的时空尺度,而海洋仪器的性能和观测方式直接决定了海洋数据的可靠性。以观测仪器作为主要衡量指标,结合数据集的时空覆盖率,对以温度和盐度为数据集主体的自持式拉格朗日环流剖面观测(Argo)数据集、全球温盐剖面数据集(GTSPP)、世界海洋数据集(WOD)进行分析和比对,确定了三者关系:Argo和GTSPP都是WOD的数据源,而GTSPP中包含了Argo实时数据的80%。在此基础上研究确定了目前温盐数据的主要观测仪器为Argo浮标、XBT和CTD,并对这三种仪器的误差来源和量级进行详细分析:由于全球自动观测与传输需求,Argo数据存在电子信号不稳定导致的随机误差,而且在高纬度强温跃层地带出现较强的虚假盐度尖峰,再是自由漂移的特性导致1%~2%盐度剖面漂移超过0.02 PSS-78;由于下降方程的不断演变,全球半数XBT数据提供者并未提供仪器型号,导致数据整体的可靠性下降;由于CTD基本采用船载观测,因此成本高、共享数据少且多集中近海。因此在对全球温盐数据进行应用时,应综合考虑观测仪器的可靠性和时空覆盖率,有效实现对资料本身误差和真实海洋现象的甄别。     

菲律宾海中部海域声速剖面结构及季节性变化

利用2019年菲律宾海中部海域经质量校正后的Argo浮标数据,采用Wilson第二方程式计算得到每个浮标站位不同水深的声速值,分析了研究区声速的垂向结构、水平分布及季节性变化特征,并初步探讨了声速与海底地形的关系。结果显示研究区声速在垂向上表现为典型的三层结构,从上到下分别是混合层、主跃变层、深海等温层;声速在100 m以浅受季节影响最大,100～800 m影响程度基本一致,800 m以深逐渐减弱,1 200 m以深基本不受影响。声速水平分布特征主要表现为:声道轴深度为900～1 100 m,大致呈现南部较浅、北部较深的趋势,季节性变化不大;声速值在200 m以浅表现为南高北低,200～700 m为北高南低,800～1 100 m为中间高、四周低,1 200 m以深为南高北低。九州-帕劳海脊声道轴附近深度声速受地形影响明显低于周围海域。     

HM2000型剖面浮标的主要特征及其应用

HM2000 型剖面浮标是一种新颖的国产海洋观测仪器,可以长期在海上自由漂移并连续测量 0~2 000 m 水深内的海水温、盐度剖面数据,已被国际 Argo 组织用于全球 Argo 实时海洋观测网建设和维护。 详细介绍了该型浮标的工作原理、结构、功能和主要技术指标等,并与 APEX 型浮标进行了比较分析, 表明了 HM2000 型剖面浮标具有明显的功能优势,且测量的温、盐度质量是有足够保证的,完全可以替代国外浮标用来主导建设我国的 Argo 区域海洋观测网。     

基于距平分析的Argo海表温度场重构

提出基于距平分析的Argo海表温度场(SST)重构方法,即在Argo浮标观测点提取温度距平值序列进行Kriging插值生成距平场,并叠加气候态SST的方法重构Argo海温场。以Argo数据相对稀少的2003年8月份和Argo数据相对较多的2012年8月份印度洋海域(60°S—30°N,25°—125oE)为例,重构水平分辨率为1°×1°的海表温度场。分析表明:(1)这种基于距平分析方法重构的海温场与对Argo数据直接Kriging插值获得的结果相比在精度上有大幅提高;(2)重构的温度场与最优插值海表温度场(OISSTV 2.0)的等温线具有高度的一致性,并且在Argo浮标附近海域有更好的细节表现;(3)即使在Argo数据相对稀少的海域,基于距平分析方法重构的海温场也能保持较高的精度要求,包括边缘海域和南大洋极锋附近均有较好表现。     

多源星载辐射计SST数据对比分析

基于2018年4种红外辐射计(MODIS-Aqua,MODIS-Terra,VIIRS和AVHRR)的SST数据和3种微波辐射计(GMI,WindSat和AMSR2)的SST数据,分析了7种星载辐射计SST数据的全球覆盖情况,利用Argo数据对7种辐射计SST数据进行了真实性检验,并开展了微波产品、红外产品和Argo的交叉比对分析。结果表明:VIIRS SST数据的覆盖率、有效覆盖天数均高于MODIS-Aqua、MODIS-Terra和AVHRR;AMSR2微波辐射计SST数据的覆盖率和有效覆盖天数均高于GMI和WindSat;4种红外辐射计SST数据与Argo浮标数据的平均偏差在-0.27~0℃,均方根误差小于0.76℃,其中VIIRS数据质量最好;3种微波辐射计SST数据与Argo浮标数据的平均偏差在-0.04~0.22℃,均方根误差小于0.88℃,其中AMSR2绝对偏差、标准偏差和均方根误差均小于其他2个微波辐射计数据。AMSR2和VIIRS的SST数据交叉对比发现,AMSR2与APDRC Argo、VIIRS与APDRC Argo的平均偏差分别小于0.15和-0.20℃,标准偏差分别小于0.52和0.60℃;AMSR2与VIIRS平均偏差在-0.23~-0.10℃,标准偏差小于0.41℃,两者具有较高的一致性。     

基于CMIP5模式与Argo观测数据的海洋有效重力势能分析

有效重力势能作为重力势能中活跃的部分，能够参与海洋能量循环。本文计算和评估了CMIP5中9个模式的全球大洋2 000 m以上积分的有效重力势能和200～500 m深度范围内的中尺度有效重力势能，并与由BOA_Argo观测数据计算的结果进行比较。分析表明，就全球大洋2 000 m以上积分的有效重力势能而言，多数模式的计算结果均大于由Argo观测数据计算的结果。通过比较有效重力势能的空间分布特征，发现在强动力活跃区（特别是黑潮、湾流、南极绕极流区），模式与观测相差较大，其差别主要来源于观测与模式中扰动密度的差异。此外，在黑潮和南大洋区域，涡动能和有效重力势能具有较高的时间相关性，而在北大西洋湾流区域，两者的相关性较低；功率谱分析显示中尺度有效重力势能与涡动能都存在显著的半年和年变化周期。     

基于Argo历史观测的南海海盆尺度中层流场研究

针对南海海域海流环境复杂、中层实测数据量少的现状，本文基于2006-2016年布放在南海海域的114个Argo剖面浮标的卫星定位等信息，采用基于背景流和惯性流外推的最小二乘方法，获取南海海域1 200 m深中层流场信息，并采用Divand变分插值的方法形成网格化季节流场。结果表明:（1）针对南海中层（1 200 m）流场，单个Argo浮标可以刻画出具体的中尺度结构，如越南沿岸的反气旋涡，半径约为120 km，最大流速约为9.6 cm/s，平均流速为5.3 cm/s；（2） Argo网格化流场表明海盆尺度中层流场南海南部为反气旋环流结构，北部为气旋式环流，同时在吕宋海峡口存在从南海至太平洋的水体交换；（3）将该流场信息与HYCOM和YoMaHa'07两种资料对比，吻合度较高，与HYCOM再分析资料的偏差分布趋近于正态分布，海流的东西向分量的均方根误差为3.28 cm/s，南北向分量的均方根误差为3.26 cm/s。总体而言，利用Argo轨迹资料能够有效地反演出南海地区海盆尺度的中层环流特征。