全球业务化海洋预报进展与展望

海洋环境预报在经济发展和基础设施建设等方面发挥着越来越重要的作用,涉及到海上安全、海洋能源开发与保护、远洋运输和海洋渔业等许多领域和方面。近年来,各国的全球海洋预报取得了显著的进展。全球海洋数据同化实验(GODAE)Ocean View计划为各国提供协调和技术支持,发展并建立全球业务化海洋预报系统,将全球海洋预报的概念实现业务化运行。全球业务化海洋预报系统以海洋动力数值模式作为动力框架,将近实时高质量的观测输入场通过资料同化融入到模式中,实现对全球范围多时空尺度的海洋状况提供未来演替的预测,并对产品表现不间断地进行监测以保证预报服务的质量。简要介绍和回顾GODAE Ocean View所涵盖的全球海洋预报系统的发展历程和现状,并对全球海洋预报未来发展的难点与问题给予展望。     

中国全球业务化海洋学预报系统的发展和应用

中国全球业务化海洋学预报系统是国家海洋环境预报中心在国内首次构建的全球—大洋—近海3级嵌套的全球业务化海洋学预报系统体系,系统稳定高效业务运行,通过多种方式实时提供和发布全球多尺度多要素的海流、海浪、海温、海冰、海面风场等预报产品,实现了全球海域范围内从百公里级到公里级空间分辨率的一体化预报业务全覆盖。全球业务化海洋学预报系统从全球尺度、大洋尺度到中国周边海域包括8个子系统:全球海面风场数值预报子系统、全球海洋环流数值预报子系统、全球海浪数值预报子系统、全球潮汐潮流数值预报子系统、印度洋海域海洋环境数值预报子系统、极地海冰数值预报子系统、中国周边海域精细化海洋环境数值预报子系统、全球海洋环境预报业务化集成支撑子系统。该系统紧密结合我国经济社会发展和军事保障需求,在"雪龙号"极地遇险脱困预报保障、马航MH370失联飞机搜救预报保障、"蛟龙号"多次深潜海试预报保障、日本福岛"3.11"地震海啸核泄漏影响评估等重大事件的预报保障任务中发挥了至关重要的作用,为我国实施海洋强国战略,维护国家海洋权益、保障涉海安全生产、应对海上突发事件等提供有力的科技支撑。     

全球冰-海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量 ,与大气和海洋的相互作用 ,直接影响大气环流和海洋环流 ,对气候及其变化具有重要影响。文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用 ,改进冰海洋热力耦合方案 ,利用由中国科学院大气物理研究所的 30层海洋模式和基于Flato空化流体流变学的海冰动力模式和Hibler表面热收支平衡的零层海冰热力模式 ,建立全球冰海洋耦合模式。利用大气月平均气候资料 ,利用冰海洋耦合模式对全球海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析。模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近 ,比 2 0层冰海洋耦合模式的结果有显著改进。北半球海冰范围偏小 ,但季节变化的量值与实际相当一致。模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征 ,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等。对海冰密集度的分析表明 ,模拟结果得以改进原因在于改进的冰海洋热力耦合方案增强了融冰期冰海洋耦合系统海洋热通量增加—密集度减小—能量收支增加的正反馈机制。     

渤海海冰和海洋的动力相互作用模拟试验

利用冰-海洋动力耦合模式, 对渤海海冰和海洋之间的相互作用进行了研究和模拟试验.耦合模式中的海洋模式采用普林斯顿海洋模式(POM), 冰模式采用国家海洋局海洋环境预报中心(NMEFC)的渤海海冰业务化数值预报模式.通过模拟研究, 分析了M2分潮对海冰质点运动轨迹、冰外缘线位置、瞬时冰速和冰厚分布的影响; 同时探讨了海冰对冰下海洋的动力作用.     

全球冰—海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量,与大气和海洋的相互作用,直接影响大气环流和海洋环流,对气假及其变化及具有重要影响,文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用,改进冰－海洋热力耦合方案,利用由中国科学院大气物理研究所的３０层海洋模式和基于Ｆｌａｔｏ空化流体流变学的海冰动力模式和Ｈｉｂｌｅｒ表面热收支平衡的零层少冰热力模式,建立全球冰－海洋耦合模式,利用大月平均气候资料,模拟的南半球少冰分布及海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析,模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近,比２０层冰－海洋耦合模式的结果有显著改进,北半球海冰范围偏小,但季节变化的量值与实际相当一致,模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等,对海冰密集度的分析表明,模拟结果得以     

破解全球海洋环境气候模拟难题

当前,全球气候变化与海洋环境变化成为各国关注的热点,如何更加准确地模拟和预测海洋气候变化成为各国科学研究的焦点之一。国家海洋局第一海洋研究所副所长、海洋环境科学和数值模拟重点实验室主任乔方利研究员,在大连召开的北太平洋海洋科学组织第十七届年会上,作了《海浪-环流耦合理论和数值模式发展》的主题报告,引起了400余名国内外与会科学家的巨大反响。乔方利博士带领研究组率先打破常规思维,首次将海浪这一物理过程纳入海洋动力学研究中,进而率先在国际上建立了海浪与环流耦合理论和浪潮流耦合预报模式。该理论和模式是我国近期取得的原始自主创新,处于该领域世界领先水平。     

北极海冰与全球气候变化

最近有关北极海冰在全球气候系统中作用的研究发现，北冰洋边缘海域大洋深水的形成与海冰发育有关，海冰冻融过程对盐度层结具有重要影响，海冰变化可引起盐度突变层的灾变和热盐环流的突然停止，热盐环流的变化与北大西洋海冰１０年际变化相联系，北大西洋气候的不稳定性与热盐环流变化密切相关。北极海冰－海洋－大气间耦合作用，使北极海冰构成了北大西洋和全球气候反馈循环中的重要环节。     

海洋可预报性和集合预报研究综述

海洋是高度复杂的非线性动力系统,由于海洋初值和数值模式本身存在无法避免的误差,海洋数值预报具有不确定性。通过理解和认识海洋不同时空尺度运动的特征和规律,定量估计和预测海洋动力系统的可预报性,研究预报误差产生的原因及其增长和传播机制,探讨减小预报误差的方法和延长可预报时限的途径,对于改进海洋预报系统、提高预报技巧,具有重要意义。系统回顾了海洋可预报性及其应用的研究进展,论述了海洋可预报性的概念、分类以及国内外的研究现状,其中重点介绍了常用的奇异向量法、李亚普诺夫指数法和繁殖向量法等3种动力学方法以及海洋集合预报研究现状,最后对海洋可预报性的未来发展方向和应用前景给以展望。     

海冰反照率参数化方案的研究回顾

在全球变暖的背景下,北极海冰在发生快速变化,海冰覆盖范围明显减小,厚度显著变薄,积雪/海冰—反照率正反馈机制在此背景下变得愈发重要。气候系统和单一海冰模式采用了从简单到复杂的海冰反照率参数化方案。首先对模式中的海冰反照率参数化进行了回顾,并结合对现有卫星反照率产品问题的分析,概述了前人对参数化的评估研究工作。在此基础上进一步讨论了气候模式中海冰反照率参数化方案存在的问题,一方面目前的反照率参数化对海冰融池和冰间水道等物理过程的考虑还不够完善,另一方面反照率参数化方案的发展受到观测数据可用性的制约。最后对参数化的发展方向进行了初步探讨。     

近年来我国海洋灾害损失及防灾减灾策略

我国是世界上海洋灾害最为严重的少数国家之一。近年来，由风暴潮、灾害性海浪、赤潮、海冰、海平面上升等海洋灾害带来的经济损失和人员伤亡越来越严重，其中，风暴潮是影响我国沿海地区最为严重的海洋灾害。通过建立海岸生态防护网、提高沿海地区防潮工程标准、开发海洋灾害监测和预报系统、实行海洋数据资料和信息共享等方法，降低海洋灾害发生的机率，减少海洋灾害损失。