最优插值法及其在热带太平洋海表温度数据同化中的应用

利用M IT gcm模式和最优插值法搭建的同化平台对热带太平洋赤道附近的海表温度SST数据进行了数值同化处理。结果表明,同化处理有效兼顾了模式模拟值和观测值,纠正了模式模拟值出现的误差,数值同化结果更接近于观测值。该同化平台能够更好地反映出SST的分布特征,该同化方法可以有效地对海表数据进行数值预报。     

融合海表温度产品在渤黄东海的对比分析及初步验证

本文分析了两套融合海表温度产品 （MGDSST 和 OISST） 在 1982—2019 年间的时空特征，并结合现场观测数据，分别对其在渤黄东海的适用性进行初步评估。结果表明： （1） MGDSST 和 OISST 两套融合产品在渤黄东海浅水海域差异显 著，且差异随水深的减小迅速增大，在水深大于 100 m 的海域两者差异较小。 （2） MGDSST 夏季多年平均值高于 OISST 约0.3 益，而冬季多年平均值则低于 OISST 约 0.23 益。 （3） 夏季 MGDSST 增温幅度显著强于 OISST，冬季则相反。 （4） EOF分析结果显示 MGDSST 在夏季的韩国沿岸流域和冬季的南黄海东部海域的空间变率显著强于 OISST，两者的时间系数则具有较好的对应关系。 （5） 通过与 KODC 现场观测数据的对比，发现 MGDSST 在渤黄东海海域表现要优于 OISST。本研究为融合海表温度产品在中国近海的适应性研究提供了理论依据。     

混合坐标模式HYCOM模拟COADS强迫下的南海平均环流

采用混合坐标模式(HYCOM)模拟南海环流,同时利用海表温度卫星资料和吕宋海峡Sb-ADCP观测海流数据来评估模式结果.地形敏感性实验表明,吕宋海峡地形数据对模拟黑潮入侵方式影响较大,在地形误差较大的情况下,模拟的黑潮可能以反气旋流套方式入侵.和Pathfinder海表温度卫星资料比较,模式输出的月平均温度在海盆区域误差较小.ERA-15资料强迫所模拟的吕宋海峡上层环流和Sb-ADCP观测一致,而COADS结果低估了吕宋海峡的体积输送.     

一个高分辨率太平洋-印度洋海盆环流模式的初步结果

利用LASG/IAP发展的一个0.25°×0.25°高分辨率太平洋-印度洋海盆环流模式，初步分析了模式在太平洋区域的模拟结果，并与海洋同化资料以及前人的研究结果作比较，检验此模式对该区域平均气候态、年际变化的模拟能力。分析表明，模式较好地再现了海表温度（SST）分布、赤道温跃层和纬向流结构、赤道流系分布形态、海表高度以及正压流函数空间分布特征；同时，对显著的El Ni?o和La Ni?a事件的模拟等方面与Simple Ocean Data Assimilation（SODA）2.0.2版本结果相近。此外，模式模拟北赤道流（NEC）分叉点位置的季节和年际变化以及吕宋海峡流量的年际变化与已有研究结果基本一致。进一步分析还发现，在年际尺度上，NEC分叉点位置和吕宋海峡流量与ENSO密切相关。     

HJ-1B 卫星海表温度定量反演业务化算法研究——以中国北部海区为例

利用中国2008年9月发射的自主 HJ-1B 卫星热红外遥感影像数据,基于实测数据对已有海表温度反演的单窗算法进行了改进与简化,重新订正了大气透射率和大气平均作用温度估算方程,建立了基于实测数据验证的 HJ-1B 卫星海表温度定量反演业务化算法.将本算法与段四波等的改进算法用于实验海区海表温度的反演,反演结果与卫星同步实测海温数据的对比表明:本研究算法反演结果与现场同步实测海表温度平均误差约为0.76,℃段四波等改进算法反演结果平均误差约为1.09℃.本算法为 HJ-1B 卫星海表温度产品的业务化应用提供了便捷可行的方案     

基于变分理论的AVHRR海表温度反演应用及效果评估

基于变分理论算法实现了METOP-A卫星AVHRR传感器探测数据的海洋表面温度变分反演，进行了连续1个月的海表温度反演试验，并分别从全球、分纬度带和天气系统活跃区域3个方面，将变分反演结果（VAR SST）与利用统计回归方法反演相同卫星得到的海表温度产品（GBL SST）、其他海温融合产品（OISST）及实际浮标观测数据等进行一系列评估。从全球评估指标看出，以OISST为参照，VAR SST要优于GBL SST；以浮标观测为参照，VAR SST略逊于GBL SST，而且VAR SST还改进了GBL SST随时间波动大的缺点；从分纬度带对比看出，在与OISST对比时，VAR SST在低纬度地区和北半球中纬度地区的质量要优于GBL SST，海温反演精度较高。研究还表明，由于变分方法考虑了大气状态的变化，能够更加有效订正卫星遥感过程中大气的削弱作用，从而反演出精度更高的海表温度，尤其在天气系统较为复杂的区域效果明显。     

基于ARGO资料的MTSAT海温产品误差分析

利用全球海洋观测网计划ARGO浮标的表层海温测量值分析了MTSAT卫星的海温反演误差。结果显示,平均绝对误差为0.73℃,均方根误差为0.885℃,满足应用需要;海温反演异常点多分布在30°N以北的高纬区域。为了确保海温产品数据的可靠性,需要通过数据误差控制技术来检测和控制海表温度反演的异常值,影像边缘和高纬地区的区域数据应谨慎使用。     

利用海洋温度剖面与海表盐度反演盐度剖面方法研究

为解决海洋中大量观测数据只含有温度剖面而缺乏盐度观测的问题, 基于历史观测的温盐剖面资料, 考虑到盐度卫星数据的发展, 采用回归分析方法, 在孟加拉湾建立了盐度与温度、经纬度、表层盐度的关系, 并对不同反演方法的反演结果进行检验评估。结果发现, 在不引入海表盐度(sea surface salinity, SSS)时, 最佳反演模型是温度、温度的二次项与经纬度确定的回归模型, 而SSS的引入则可以进一步优化反演结果。将反演结果与观测结果进行对比, 显示用反演的盐度剖面计算的比容海面高度误差超过2cm, 而引入SSS后的误差低于1.5cm。SSS的引入能够较为真实地反映海洋盐度场的垂直结构和内部变化特征, 既能够捕捉到对上混合层有重要影响的SSS信号, 又能够反映盐度在跃层上的季节内变化以及盐度障碍层的季节变化。水团分析显示, 与气候态相比, 盐度反演结果可以更好地表征海洋上层水团的变化特征。     

利用AMSR—E卫星数据反演蒸发波导高度的BP神经网络方法

主要结合P-J模式和全通道AMSR-E卫星数据,利用两种BP神经网络方法对热带海区蒸发波导高度进行了反演研究。(1)利用BP神经网络反演得到的气象参数通过P-J模式计算蒸发高度;(2)利用卫星AMSR-E数据直接反演蒸发波导高度。两种方法得到的与浮标实测参数计算得到的蒸发波导高度之间的相关系数相当,都为0.82左右,均方根差后者比前者小,分别为2.64m和1.89m。利用后一种网络直接反演了南海地区的蒸发波导高度,平均结果与其他文献结果基本一致。     

环境参数对L波段盐度计观测亮温的影响研究

星载海洋盐度计依据海表面盐度在微波波段的辐射特性,通过构建海面微波辐射探测器,利用海面辐射亮温、海表面粗糙度以及海面温度等信息反演得到海表面盐度,是实现全球海洋盐度观测的有效手段。构建合理的星载L波段盐度计辐射传输正演模型是准确定量反演海表盐度的基础,卫星盐度计观测亮温不仅与卫星固有参数有关,还与海洋、大气及空间因素密切相关。为了研究外界环境因素(海表盐度、温度、海面风场、海面气压、海表气温、大气水汽含量、降雨以及法拉第旋转角等)对盐度计观测亮温的影响,文中基于L波段盐度计辐射传输正演模型以及MPM93大气毫米波传播模型,通过敏感性分析,研究星载盐度计在不同环境条件下的参数敏感性,为减小外界因素对海表盐度反演精度的不利影响提供理论依据。     

渤海、黄海、东海冬季海流场温度场数值模拟和同化技术

利用NASA高分辨率的卫星遥感资料SST,采用Nudging同化来模拟渤海、黄海、东海的三维温度场,减小用热通量作上边界条件所带来的误差.结果表明,模拟的海流场能较好地反映渤海、黄海、东海的环流特征.数据同化后的温度场优于未经同化的温度场.3个选择站点的同化值与实测值的均方根误差分别为1.307,0.526,0.744,用热通量资料模拟的水温与实测值的均方根误差分别为2.160,0.979,1.330.尽管只同化了海表温度,但数据同化对三维温度场结构都有影响.     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。     

渤、黄、东海水温日变化特征

利用１９５７－１９８９年渤，黄，东海水温周日连续观测资料，分析了水温日变化的基本特征，结果表明：就平均状况而言，不温日变幅以渤海为最大，北黄海次之，南黄海和东海最小；在１ａ中，夏季最大，秋季最小，研究海域水温日变化大致可分为太阳辐射，潮流和内振动３种主要类型。     

Recent improvements to the physical model of the Bohai Sea,the Yellow Sea and the East China Sea Operational Oceano-graphy Forecasting System

In order to satisfy the increasing demand for the marine forecasting capacity, the Bohai Sea, the Yellow Sea and the East China Sea Operational Oceanography Forecasting System (BYEOFS) has been upgraded and improved to Version 2.0. Based on the Regional Ocean Modeling System (ROMS), a series of comparative experiments were conducted during the improvement process, including correcting topography, changing sea surface atmospheric forcing mode, adjusting open boundary conditions, and considering atmospheric pressure correction. (1) After the topography correction, the volume transport and meridional velocity maximum of Yellow Sea Warm Current increase obviously and the unreasonable bending of its axis around 36.1°N, 123.5°E disappears. (2) After the change of sea surface forcing mode, an effective negative feedback mechanism is formed between predicted sea surface temperature (SST) by the ocean model and sea surface radiation fluxes fields. The simulation errors of SST decreased significantly, and the annual average of root-mean-square error (RMSE) decreased by about 18％. (3) The change of the eastern lateral boundary condition of baroclinic velocity from mixed Radiation-Nudging to Clamped makes the unreasonable westward current in Tsushima Strait disappear. (4) The adding of mean sea level pressure correction option which forms the mean sea level gradient from the Bohai Sea and the Yellow Sea to the western Pacific in winter and autumn is helpful to increasing the fluctuation of SLA and outflow of the Yellow Sea when the cold high air pressure system controls the Yellow Sea area.     

卫星遥感预测南黄海盆地油气远景

为了预测南黄海盆地油气远景,利用卫星遥感对东海陆架盆地进行海面温度测量。东海陆架盆地已知油气远景区与卫星热红外温度异常区具有原地重复性,与水气界面CH4含量曲线及海底化探异常吻合程度很好。南黄海盆地卫星遥感海面温度异常区沿南北向 (123o30′) 呈带状分布,与航磁解释出的南北向分布的东部鼻状隆起吻合较好。由于温度异常区主要分布在南黄海盆地东部鼻状隆起的南北端,故推测东部鼻状隆起的南北端具有较好油气远景。     

渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化的数值模拟

采用HAMSOM三维正压水动力模型结合粒子追踪的悬浮颗粒物输运模型模拟了渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化。模拟结果显示,潮流和底质对悬浮物质量浓度的分布有决定性的作用,沉积物再悬浮对悬浮物质量浓度分布影响大,冬季尤为显著。莱州湾中西部和渤海湾南部悬浮物终年维持高质量浓度,古黄河口冬季再悬浮物的质量浓度高于其它季节的。长江口附近悬浮物终年维持高质量浓度,夏季长江口东北悬浮物的质量浓度高于冬季的,浙江沿岸冬季悬浮物的质量浓度高于夏季的。     

黄、东海边界悬浮物输运量的卫星遥感估算

利用2002—2015年的中等分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)第4波段反射率产品对黄、东海边界的悬浮物输运情况进行了分析, 同时利用黄、东海2003年现场实测的悬浮物含量数据和这期间准实时的MODIS影像数据, 建立了基于MODIS第4波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。基于该模型, 反演黄、东海表层悬浮物浓度, 并计算悬浮物扩散面积。利用反演得到的表层悬浮物浓度和悬浮物浓度垂向预测模型, 获取垂直方向上的悬浮物浓度, 同时结合水深、扩散面积数据, 计算特定时刻水体中的悬浮物含量。利用插值方法获得整个输运过程中各时刻水体中的悬浮物的含量, 计算各个时刻悬浮物含量的总和作为悬浮物的输送量。对2002年10月至2003年4月黄海向东海的悬浮输送量进行估算, 估算结果为153Mt。     

渤、黄海海冰的变化和预报结果分析

利用1951—2000年的渤、黄海的海冰资料，用小波分析和最优气候均态法对渤、黄海的海冰冰级进行分析和预测。小波分析结果较好地反映了渤、黄海海冰的变化规律，使对海冰的研究更符合实际情况。这必将有助于研究海冰变化的机理和不同尺度变化的相互作用。最优气候均态法较好地实现了对渤、黄海海冰的预测。此方法在海冰预报中不失为一种可用的方法。     

黄、东海陆架海域温度垂直结构类型划分与温跃层分析

基于黄、东海陆架海域1997—1999年4个季节调查的CTD资料,采用拟阶梯函数逼近法对温度垂直剖面拟合逼近,然后按拟合均方差和跃层强度对黄、东海陆架区的温度垂直结构进行类型划分,共划分为6个类型:三层结构型(T型)、主跃层上位型(U型)、主跃层下位型(L型)、多阶梯状结构型(M型)、异常结构型(A型)和垂直均匀型(H型)。分析结果表明:温度垂直结构类型在黄海区域为:春季呈L型;夏季呈U型;秋季呈T型;冬季呈H型。东海北部春季基本呈T型;夏季西部呈T型,东部呈U型;秋、冬季演变为H型;东海南部春、夏季主要呈L型;秋、冬季除近岸出现逆温类型外,大部分区域呈H型。利用风和潮的混合卷挟模式阐述了各种温度垂直结构的形成机制,最后给出了黄、东海陆架海域的主温跃层特征值的区域分布和季节变化。     

2012年春季渤海中部及邻近海域叶绿素a与环境因子的分布特征

分析了2012年春季渤海中部及其邻近海域32个站点叶绿素a和环境因子的空间分布特征及其相互关系。结果发现:渤海中部靠近黄河口邻近水域相对于其他水域,呈现出相对较高的水温和较低的盐度,这与黄河淡水输入以及近岸水深相对较浅有密切关系。营养盐浓度在空间分布上表现为黄河口附近海域较高,在垂直分布上表现为中、底层高于表层,显示出黄河水输入与沉积物营养盐再释放的影响;此外,营养盐浓度与结构显示,渤海海域存在明显的磷和硅限制,磷限制尤其严重。叶绿素a浓度的空间分布显示,表层叶绿素a浓度的高值区出现在渤海湾湾口处,而中层与底层的叶绿素a浓度高值区出现在渤海中部。主成分分析结果表明,磷酸盐和温度是影响表层叶绿素a浓度的重要因素,而中、底层叶绿素a浓度主要受磷酸盐的影响。