中国海及邻近海域卫星观测资料同化试验

利用1个基于POMgcs海洋模式和多重网格三维变分同化方法建立的中国海及邻近海域海面高与三维温盐流数值预报模型,通过一系列数值试验,研究了同化卫星测高和卫星遥感海面温度观测资料对该模型预报能力的影响。试验结果表明,同化卫星测高资料可明显改善海面高度与三维温度和盐度的分析预报效果,使1 200 m以上的温度预报误差减小0.16℃,并能有效提高对海洋中尺度现象的预报能力;同化卫星遥感海面温度对100 m以上的温度和盐度的预报效果有所改善,可使海面温度的预报误差减小10%。     

渤海溢油数值预报研究

以溢油漂移扩散模式为核心,采用"油粒子"方法来模拟溢油在海洋环境中的漂移扩散行为,与业务化渤海三维海洋数值预报模式、中尺度海洋风场数值预报模式相衔接,获得海流、海面风场等海洋环境预报产品作为溢油模式的外强迫,建立了渤海溢油数值预报系统.本文简要介绍了该系统的组成、运行机制和模拟试验情况,并讨论了建立我国全海域溢油预报系统的有关问题.     

基于POMgcs模式中国海及邻近海域三维温盐流数值预报海面温度的检验分析

对基于POMgcs海洋模式建立中国海及邻近海域三维温盐流数值预报系统的海面温度产品,进行检验分析。利用2011年预报的月平均海面温度数据同卫星观测的月平均海面温度资料相比较,发现三维温盐流数值预报系统预报偏高。此外,分别利用2011年GTS海洋观测海面温度数据和2012年2、3、4月份卫星融合海面温度数据,与该系统海面温度预报逐日产品进行检验分析。检验结果表明:预报精度随着预报时效逐渐降低;预报海面温度高于观测值1℃~2℃。     

最优插值方法在西北太平洋海温同化中的应用研究

本文开发出一套与三维温盐流数值模式POM相匹配的最优插值数值同化模块,具有将船舶报资料和Argo海温数据加入数值模拟的能力.利用该同化系统,本文对2001～2002年进行了数值模拟试验,通过模拟结果和未加入同化的模拟结果的对比表明,该同化系统能有效地改进三维海温模拟结果,使之更为接近于观测值.     

西北太平洋及印度洋三维温盐流数值预报业务系统构建及预报检验

基于HYCOM海洋模式和集合最优插值(En OI)同化方法,开发了一套西北太平洋及印度洋三维温盐流数值预报业务系统(IAPos),2016年5月开始进行业务试验,并对业务试验的结果与原有的三维温盐流数值预报系统(wyl V2)进行对比检验,从检验结果看:在中国近海,IAPos系统的预报效果,较wyl V2有非常显著的改善,但对不同预报变量、不同垂直层、不同区域也有一些差异。整体来说,IAPos系统的预报性能较好。     

多源数据中尺度涡三维结构分析方法研究

作为重要的海洋中尺度现象之一,中尺度涡的研究受到人们的关注和重视。随着数值模式的进一步发展、卫星资料的累积、时间更长以及更多更有效的海上实测数据的取得,使得综合利用实测资料、卫星遥感资料、再分析/数值预报产品等数据源,对中尺度涡进行自动识别与三维结构分析成为中尺度涡研究的主要方向之一。在前期对卫星遥感资料中尺度涡自动检测算法进行研究的基础上,开展多源资料中尺度涡三维结构分析方法研究,以表面漂流浮标运动轨迹为中尺度涡的判定依据,综合利用高度计观测、红外遥感观测、以及再分析/数值预报产品分析中尺度涡三维结构信息,在此基础上,提出中尺度涡研究的发展方向,为全面分析中尺度涡的时空特性提供技术途径,为中尺度涡的动力机制研究奠定基础。     

涡分辨率的南海区域海洋环流模式构建技术研究

针对复杂海洋中尺度现象模拟仿真的技术难题,利用区域海洋环流模式ROMS,通过模式的网格构建、地形处理以及模式的初始场和强迫场处理技术,构建出一套涡分辨率南海区域海洋环流模式。通过模式模拟结果与卫星遥感实测资料等对比,发现该模式能够较好地模拟出南海涡旋及其引发的海温异常等海洋中小尺度过程,说明该模式可作为研究复杂海洋中尺度现象影响海军武器装备效能的环境数值仿真手段。     

地球模拟器及其数值预报系统

本文介绍了由日本宇宙开发事业团、日本原子能研究所和海洋科学技术中心共同研发的矢量型超级计算机-地球模拟器。该计算机上运行了高分辨率的海洋和大气数值模式,用以对全球大气和海洋环流的研究,中尺度涡的模拟,全球变暖预测以及海、气、冰相互作用模拟和预报等。本文具体阐述了地球模拟器的性能以及其上的数值产品海-冰耦合模式OIFES、大气模式AFES和海气冰耦合模式CFES。     

辽东湾西岸三维海陆风特征的数值模拟

本文所用的数值模式为地形影响修正的三维流体静力的中尺度气象学模式,模式对中尺度的海陆风环流和山谷风环流有较好的模拟效果.利用该模式对一个海陆风个例(1999年7月15～16日)进行了数值模拟,分析了海陆风环流的日变化规律和三维结构特征,以及地形对海陆风环流的影响,模拟结果与实际观测数据和已有研究成果具有较好的一致性.     

台风-涡旋相互作用研究进展

台风轨迹和强度的预报一直备受关注,也是大气和海洋学家最为关注的科学问题之一。近些年,随着观测技术和计算机模拟的快速发展,发现海洋中尺度过程和台风有紧密的联系。本文针对该主题进行简要回顾和总结, 主要侧重2个方面：①台风如何影响海洋中尺度过程？强调了地转过程的重要性和高度计观测对台风影响涡旋的低估;②海洋中尺度过程如何影响台风？强调了冷暖涡的不同以及位置不同对台风强度的影响。在此基础上,探讨台风-涡旋相互作用研究中尚未解决的问题：涡旋对台风的三维响应、多涡对台风的综合效应、时间尺度匹配和海气通量等。     

卫星高度计资料在三维海温和盐度数值预报中的应用

随着卫星遥感观测技术的发展,越来越多的卫星观测资料被应用于数值模式的同化研究中.基于国家海洋环境预报中心西北太平洋三维湿盐流预报系统,利用法国CLS中心的沿轨高度计资料的海表面高度异常的融合数据,结合基于三维变分的OVALS(ocean variational analysis system)同化系统,在垂向将海面高度...     

逆式回声测量仪在全球海洋中应用及前景展望

系统总结了逆式回声测量仪（IES）的发展历史,重点介绍了其目前在世界范围内的应用情况,并阐述了CPIES（集成流速和压力传感器的IES）在我国吕宋海峡周边布放的意义及对未来应用的展望。结果表明采取不同的排列方式布放的IES阵列所获取的数据通过结合地转经验模态GEM（gravest empirical mode）以及最优插值方法能够获得观测海区的温度、盐度和流场的三维空间分布特征。基于CPIES的应用,可深入地研究多尺度的海洋动力过程,如内波、内潮和中尺度涡等,对后续大洋环流理论发展、中尺度涡产生和消亡机理、海洋中不同尺度能量串级等具有重要意义。     

Study on short-range numerical forecasting of ocean current in the East China Sea Ⅱ. Three-dimensional diagnostic model and its application in the Bohai Sea

Ｓｔｕｄｙｏｎｓｈｏｒｔ－ｒａｎｇｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｏｆｏｃｅａｎｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｈｅＥａｓｔＣｈｉｎａＳｅａ—ＩＩ．Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔ...     

再谈海冰边缘区域中尺度涡旋形成机制——非线性平流

利用三维海洋模式与二维海冰模式耦合,研究海冰边缘区域中尺度涡旋形成最重要的机制之一——非线性平流机制。二维海洋模型模拟结果表明,非线性平流机制在水深比较浅的时候更加重要。不同于把海洋考虑成一个正压流体的二维模型,三维海洋模型中海冰通过海-冰相互作用直接影响海洋表层。我们发现在三维海洋模型实验中,中尺度涡旋和海洋表面抬升都对水深变化敏感。海流速度的垂直结构表面,当海水变浅,各层海流都变得更快。相同风应力作用相同时间之后,表面抬升与海水深度成反比关系。同时我们还发现由于垂直运动,在三维海洋模型实验结果中,海面抬升非常小,只有二维海洋模型实验结果的1%。垂直运动是三维海洋模型和二维海洋模型实验结果不同的根本原因。     

Formation and transport of intermediate water masses in a model of the Pacific Ocean

A basin-wide ocean general circulation model of the Pacific Ocean was used to investigate how the interior restoration in the Okhotsk Sea and the isopycnal diffusion affect the circulation and intermediate water masses. Four numerical experiments were conducted, including a run with the same isopycnal and thickness diffusivity of 1.0×103 m2/s, a run employing the interior restoration of temperature and salinity in the Okhotsk Sea with a time scale of 3 months, a run that is the same as the first run except for the enhanced isopycnal mixing, and a final run with the combination of the restoration in the Okhotsk Sea and large isopycnal diffusivity. Simulated results show that the intermediate water masses reproduced in the first run are relatively weak. An increase in isopycnal diffusivity can improve the simulation of both Antarctic and North Pacific intermediate waters, mainly increasing the transport in the interior ocean, but inhibiting the outflow from the Okhotsk Sea. The interior restoration generates the reverse current from the observation in the Okhotsk Sea, whereas the simulation of the temperature and salinity is improved in the high latitude region of the Northern Hemisphere because of the reasonable source of the North Pacific Intermediate Water. A comparison of vertical profiles of temperature and salinity along 50°N between the simulation and observations demonstrates that the vertical mixing in the source region of intermediate water masses is very important.     

模块化海洋数据同化系统(MODAS)研究

模块化海洋数据同化系统(Modular Ocean Data Assimilation System,MODAS)是美国海军用来确定全球海洋三维温度和盐度场的主要工具。MODAS通过同化卫星遥感测得的海面温度和海面高度,产生一种动态气候态,能够更接近地预报出海洋的真实状况。文中介绍了MODAS的应用价值和构建原理,对中国海军数字化海洋战场环境的建设具有重要的借鉴作用。     

基于四维变分同化方法的南海中尺度涡后报实验

海洋中尺度涡在本质上是属于满足准地转平衡的大尺度运动,因此理论上,其在短时间内的运动将主要受到准地转平衡关系的约束,而外部强迫场的影响在短期内不会明显改变其运动特征。基于上述思想,我们提出了一种基于四维变分同化初始场的中尺度涡旋预报方案。为了检验该方案的可行性,本文使用区域海洋模式(regional ocean modeling system, ROMS)和其内建的增量强约束四维变分同化(incremental strong constraint four dimensional variational, I4D-Var)模块,建立了一个南海海洋同化模拟系统。首先,通过I4D-Var方法将AVISO卫星高度计资料同化到海洋数值模拟中,获得了理想的中尺度涡同化模拟结果。同化、模式模拟和观测三者的中尺度涡统计结果表明,该同化系统模拟的南海中尺度涡的路径、半径、海表高度异常和振幅等特征信息与AVISO(Archiving ValidationandInterpolationofSatelliteOceanographicData)观测结果高度吻合,同时在深度上的分析表明,涡旋对应的温度、盐度和密度均得到有效的调整。然后,将该同化系统的模拟结果做为初始场,对某一特定时段的南海中尺度涡进行了后报模拟和结果的定量化分析。通过比较后报模拟与观测资料中对应涡旋的海表面高度异常(sea surface height anomalies, SSHA)相关系数、涡心差距和半径绝对误差,证明该方案的中尺度涡后报时效至少可达10 d以上。后报实验结果验证了该中尺度涡预报方案的可行性,从而为中尺度涡的预报提供一定的理论基础和可行性方案。     

Validation of interannual simulations from the 1/8° global Navy Coastal Ocean Model (NCOM)

A 1/8° global version of the Navy Coastal Ocean Model (NCOM) is used for simulation of upper-ocean quantities on interannual time scales. The model spans the global ocean from 80°S to a complete Arctic cap, and includes 19 terrain-following σ- and 21 fixed z-levels. The global NCOM assimilates three-dimensional (3D) temperature and salinity fields produced by the Modular Ocean Data Assimilation System (MODAS) which generates synthetic temperature and salinity profiles based on ocean surface observations. Model-data intercomparisons are performed to measure the effectiveness of NCOM in predicting upper-ocean quantities such as sea surface temperature (SST), sea surface salinity (SSS) and mixed layer depth (MLD). Subsurface temperature and salinity are evaluated as well. An extensive set of buoy observations is used for this validation. Where possible, the model validation is performed between year-long time series obtained from the model and time series from the buoys. The statistical analyses include the calculation of dimensionless skill scores (SS), which are positive if statistical skill is shown and equal to one for perfect SST simulations. Model SST comparisons with year-long SST time series from all 83 buoys give a median SS value of 0.82. Model subsurface temperature comparisons with the year-long subsurface temperature time series from 24 buoys showed that the model is able to predict temperatures down to 500 m reasonably well, with positive SS values ranging from 0.18 to 0.97. Intercomparisons of MLD reveal that the model MLD is usually shallower than the buoy MLD by an average of about 15 m. Annual mean SSS and subsurface salinity biases between the model and buoy values are small. A comparison of SST between NCOM and a satellite-based Pathfinder data set demonstrates that the model has a root-mean-square (RMS) SST difference of 0.61 °C over the global ocean. Spatial variations of kinetic energy fields from NCOM show agree with historical observations. Based on these results, it is concluded that the global NCOM presented in this paper is able to predict upper-ocean quantities with reasonable accuracy for both coastal and open ocean locations.     

基于卫星测高与卫星测温的表层流产品生成方法应用评估

提高海洋表层流的精度与分辨率对于相关应用领域至关重要.研究引入海表面温度(sea surface temperature,SST)信息对高度计导出流场的改进效果,计算了 2018年每日无间隔的全球海洋表层流速度.通过增加热量守恒方程约束,引入卫星测温产品,在地转流基础上生成表层流产品,并与现场漂流浮标速度比较,评估了使...