拖曳式CTD用于校准卫星红外SST的技术优势分析及方案设计

海表温度(SST)是海气相互作用的重要指标,是反映海气间热和气体交换的动力要素.卫星海表温度测量的主要手段之一是利用海面红外辐射,而与卫星遥感数据同步和准确的海面温度实测数据是建立卫星海表温度测量反演算法的关键.论述了应用拖曳式CTD数据校正卫星红外SST的优势与方法,为SST校正提供了有益的补充.     

卫星遥感业务系统海表温度误差控制方法

提高卫星遥感海表温度的反演精度是各种反演模型追求的目标,也是遥感系统业务化应用的关键.据相关文献报道,在晴空无云的条件下遥感海表温度的精度达到了0.5℃,但考虑到影响海表温度反演精度的多种因素,在遥感业务系统真正实现SST精度在1℃以内是非常困难的.在北太平洋渔场速报制作系统中,对遥感海表温度与船测温度误差统计显示均方根误差达到5.71℃,匹配点误差分布显示存在大量较大的负误差值,最大的为-17.2℃,遥感温度图也反映出存在片状温度低值区,这些区域很可能被错误地当作冷涡或冷锋区,严重干扰渔情分析,这些异常的温度误差很难通过海表温度反演模式和云检测技术来消除.采用一种标准海表温度参考图用于温度误差控制技术,可有效地检测温度反演异常值,将均方根值从5.71℃降低到1.75℃,如果采用2℃阈值控制计算均方根值,则海表温度精度达到0.785℃.该方法基本消除了遥感海表温度的低值现象,明显提高了遥感海表温度的精度,并已成功地应用于北太平洋渔区的海况速报产品制作中.     

估计海表温度的1种简便方法

依据随机过程线性均方估计的正交原理,可由水文站获得的海洋要素估计工程点的海洋要素。利用1984~2003年的卫星海表温度(SST)数据将该方法用于估计海表温度,并对该方法产生的误差进行了分析,结果表明该方法比传统方法更能有效地减小误差;其意义在于可在陆地台站和工程点进行一段时间的同步观测,找出两者之间的相关系数,之后便可长期由台站气温估计工程点的海表温度。     

利用卫星资料分析黄海海表温度的年际与年代际变化

海表温度长期变化在一定程度上反映了海域的气候变化信号,卫星遥感资料是获取高时空分辨率水温长期变化的有效手段。基于国家海洋局1982—1999年黄海断面监测器测数据的2 954组水温数据对时空匹配的卫星(NOAA/AVHRR)反演海表温度(SST)进行校验,计算得到卫星反演SST系统偏差为(0.18±1.00)℃。卫星反演的水温空间分布以及长期变化趋势与器测趋势较为一致,可以用来研究海域SST长期变化规律。利用校验后1982-01～2011-08NOAA/AVHRR的SST数据,分析了该时段黄海冬夏季代表月2、8月海表水温的变化规律。结果显示:(1)近30a,黄海冬季水温有2次跃迁:1989—1990年由冷至暖的状态跃迁,2000-2001年出现由暖至冷的状态转变;1990年代冬季水温达最高,相比1880年代,水温升高1.07℃,新世纪水温稍有降低,水温较1990年代下降了0.53℃,温度变化较大区域位于北黄海、山东半岛沿岸,苏北浅滩毗邻海区,该区SST与局地经向风场存在显著正相关,且北极涛动通过影响冬季风间接影响黄海水温变化;(2)夏季海表水温在1994—1995年呈现由冷至暖的状态跃迁,冷、暖期水温相差0.57℃,水温变化较显著的区域为黄东海分界处,其具体变化机制需深入研究。     

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。     

台风背景下海浪对海表流场和海表温度的影响

海浪作为海-气界面中重要的物理过程,对海洋上混合层的近表面分布具有重要作用。本文以台风"威马逊"和"麦德姆"为背景,基于FVCOM耦合模式模拟了台风浪及上层海洋的响应过程,探讨了海浪对海表流场和海表温度的影响。结果表明耦合模式能够较准确地模拟出有效波高,台风过境后海表流场在海浪的作用下反映出与台风相对应的气旋性特性,改变的流场量级可达0.4 m/s;海表温度出现不同程度的下降,最大降温约4℃,最大降温中心与流场变化区域相对应,且降温区相对台风路径呈显著的"右偏性"。最大降温滞后台风中心过境2 d左右,恢复时间一般超过10 d,与实况相吻合。     

西北太平洋常规SST资料的客观分析方法研究(Ⅱ,旬平均台站报资料)

本文比较详细地分析考察了台站报资料的基本特点和质量水平，给出了一种用于西北太平洋旬平均海表温度（SST）场的台站报分析方法，通过与未包括台站报的西北太平洋旬平均SST分析场的比较发现，引入台站报资料对提高西北太平洋，特别是我国近海的旬平均SST场具有相当好的补充作用。     

基于Himawari-8卫星的逐时次海表温度融合

Himawari-8卫星是日本气象厅发射的新一代地球同步静止气象卫星,为获取逐时次海表温度产品提供了有力数据支持.本文以Himawari-8 AHI海表温度为基础,利用最优插值法融合GCOM-W1 AMSR2海表温度和NERA-GOOS现场观测资料,生成逐时次海表温度融合产品.为了充分利用邻近时刻的海表温度观测资料,利...     

AQUA 卫星的MODIS和AMSR-E 反演的 印度洋北部海域海表温度特征对比分析

以印度洋北部海域为研究区域,分别从地理位置、温度曲线和反演精度3 个方面对AQUA 卫星上的MODIS 和 AMSR-E反演的海表温度特征进行了对比分析。其主要特征表现为MODIS SST 与AMSR-E SST 之间的差异随纬度变化较为 明显;在近岸区域,AMSR-E SST无法获得准确的海表面温度;MODIS SST 与AMSR-E SST 之间的差异随温度而不同;在本 次研究中,AMSR-E SST 反演精度总体优于MODIS SST。本次研究结果对利用热红外遥感和被动微波遥感进行海洋表面温度 的定量反演具有重要的参考价值。     

卫星遥感海表温度资料和高度计资料的变分同化

利用国家气候中心正在发展的第二代全球海洋资料同化系统(BCC_GODAS2.0),针对多变量同化的协调性问题,发展了一种基于三维变分框架(3DVAR)下的高度计和海表温度(SST)相互约束的同化方法。该方法使海面高度和SST资料在同一个动力约束关系下进行同化。在一般方法中,海面高度和SST观测项是代价函数中2个独立的观测项,海面高度项引入动力高度计算公式,海表温度项用统计关系进行垂向投影。在代价函数的实际求解的计算过程中,虽然其总体积分效应受海面高度观测的约束,但整个水柱中各层温盐分析变量的调整是无序的。针对这个问题,文章提出一种新的同化方案。该方案将SST的观测项并入海面高度观测项中,海面高度的一部分,确切说是上层海洋部分,由SST决定,因此至少在SST的统计关系能影响到深度的上层海洋,在代价函数的求解过程中,温盐的调整是受较强的统计关系约束的,而这种统计关系的有效性已经在很多SST的同化试验中被其他学者广泛应用并证明。利用该方法,对1993—1997年的AVHRR卫星遥感海表温度资料进行变分同化试验,用TAO、OISST和SODA数据集进行检验证明,通过对卫星遥感资料的同化能够有效改进对海洋温度和盐度的估...     

海洋表层温度剖面数值模拟

遥感测量海水表面温度(SST)需用海表面以下实测温度资料加以校正,由于长时间大范围进行海洋表层海水垂向温度剖面野外观测非常困难,建立经有限资料验证的数值模型十分重要。文章基于美国加利福尼亚湾3组船载光学实验的气象及海温资料,考虑太阳热辐射作用与海表面冷温层效应,建立了一个海表下20m深度范围内水温剖面演变的数值模型。通过冷温层计算合理加密了表层网格,使数值模型更准确地估计海表散热作用。计算结果与野外实测海温资料对比显示,海表剖面测试仪(SkinDeEP)未能准确定位和捕捉海表冷温层,实验方法有待改进。整合模型能准确描述海温剖面的演变趋势,在近海表20cm深度内,特别是与遥感SST相关的近海表1cm深度内,模拟结果优于无本皮肤层模型的计算结果。     

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。     

西北太平洋海域太平洋褶柔鱼秋生群产卵场指数动态评估

为探究太平洋褶柔鱼(Todarodes pacificus)秋生群资源丰度波动的原因,本研究利用适宜产卵的海表温度(SST)和水深数据,构建了太平洋褶柔鱼秋生群1979—2018年40年潜在产卵场模型,在此基础上开发了适宜海表温度均值(MVSS)、适宜性海表温度加权面积(SSWA)和等温线经向位置(MP)3种产卵场指数...     

“百合”台风对海表温度及水色环境影响的遥感分析

利用SeaWiFS及NOAA卫星资料,基于均值合成算法,分析了"百合"台风对海表温度(SST)、海表叶绿素a浓度及海水透明度的影响,结果表明,整个研究海域(22°～30°N、121°～131°E)的平均SST从台风前的25.48℃下降到22.45℃,平均下降幅度为12.95%.在台风盘旋的中心区域(26°～28°N、123°～127°E),SST平均下降了5.40℃,下降幅度达21.20%,SST下降最大的是9月14日,整个研究海域平均SST仅为13.48℃.整个研究海域海表叶绿素a浓度在台风期间有较大的增加,从台风前的0.425 mg/m3(平均值)上升到0.537 mg/m3,平均增长26.35%.除浙江近海外,台风核心区域海表叶绿素a浓度增幅最大,达1.695倍,表明台风风力越强,台风停留时间越长,对海表叶绿素a浓度增加的贡献就越大.这一增加有利于海洋生物的生长,有利于提高初级生产力和改善海洋生态环境.在"百合"台风期间,海水透明度却有一定程度的降低,从台风前的16.84 m(平均值)下降至台风后的12.67 m,平均降幅为24.76%,降幅最大的是24°～26°N、125°～127°E区块,平均下降了7.96 m,降幅高达47.6%;总体上台风核心区域南部的海水透明度降幅大于区域北部,台风核心区域东南部的海表叶绿素a浓度增幅大于区域东北部.同时,对整个研究海域分割成2°×2°大小的区块,以每个区块的海表叶绿素a浓度、SST和海水透明度的均值代表该区块的值,对台风前、后海表叶绿素a浓度、SST和海水透明度的变化进行相关性分析,发现海表叶绿素a浓度的变化与SST和海水透明度均呈负相关性,且台风期间海表叶绿素a浓度增加的百分比与相应区块海水透明度下降的百分比之间的相关系数达0.821.     

利用卫星遥感SST估算海表流场

介绍了利用遥感资料得到的海表温度图估算海表流场的最大相关系数和相关松弛法。比较二种方法在不同参数条例下的矢量图，相关松弛法明显地优于最大相关系数法。在用相关松弛法时，模板大小和搜索距离这二个参数对计算结果影响很大，选择１６×１６像元数的模板和１５像元数的搜索距离计算１９８９年１２月３月－１２月６日台湾海峡这一组资料时比较理想，结果表明用相关松弛法计算海表流场有一定的可靠性和实用性。     

中国东海黑潮海温变化特征及成因分析

利用新建的中大温盐资料集、HadISST和ICOADS的逐月海温资料,对东海黑潮关键区30 a(1981-2010年)气候态海表温度气候特征进行分析,并利用SODA海表资料尝试找出海表温度变化的特征及原因.结果表明:在东海黑潮关键区范围内,1981-2010年海表温度整体呈现增温趋势,春冬两季增暖幅度最大,1997年是...     

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     

HYCOM模式对赤道及北太平洋海表温度的模拟

根据2种海气通量数据集(COADS、ECMWF)和2种海气通量块体参数化方案(常数块体参数化方案和非常数块体参数化方案)的不同结合,构成4组数值实验,使用HYCOM数值模式分别模拟了赤道及北太平洋的气候态海表温度。实验结果表明:(1)非常数块体参数化方案优于常数块体参数化方案;在太平洋40°N～20°S区域内,采用前者得到的年平均海表温度比Pathfinder卫星资料高约0.21℃,而采用后者得到的年平均海表温度比Path-finder卫星资料高约0.63℃。(2)HYCOM数值模式很好地模拟了赤道及北太平洋的气候态海表温度变化及西太平洋暖池空间分布的月变化。特别是实验2(采用COADS数据集和非常数块体参数化方案),在太平洋40°N～20°S区域内,冬、春两季平均SST仅比Pathfinder卫星数据集高0.02℃。(3)不同海气通量数据会对模拟结果产生明显影响。对比采用COADS数据集的实验2结果与采用ECMWF数据集的实验4结果可以发现,在模拟区域的西北部,实验2比实验4的年平均SST高约1℃;在模拟区域的东南部,实验4比实验2的年平均SST高约1℃。两者差的最大值出现在58°N、140°E附近及中国渤海,实验2比实验4的年平均SST高约4℃。     

2017年中国近海海表温度特征

通过对OISST资料1982—2017年中国近海海表面温度(SST)分析,发现2017年中国渤、黄、东海海表温度较常年偏高0～1.5℃,南海海表温度接近常年。2017年渤海海表温度是近36 a来最热的一年,达到14.4℃,黄海第二以及东海第三热的年份,整个中国近海海表温度的平均是历史第二高的年份。渤、黄、东海海表温度1—8月份达到或接近极端高温情况,之后海表温度降低并达到常年同期以下。对中国近海不同海区海表温度和陆地气温相关分析表明:不同海区受陆地气温影响区域不同,同时海表温度与陆地相关区域随着季节而变化。从2017年平流输运、净热通量、热含量和陆地大气温度影响等方面来看,造成渤、黄、东海海表温度偏高的主要原因是黑潮流速增强导致平流热输送增加,0～700 m热含量增加以及我国陆地区域气温的异常偏高,净热通量对其海表温度升高起抑制作用。     

SST对台风过程影响的敏感性试验——以“杰拉华”为例

针对台风"杰拉华"过程,使用中尺度大气模式(WRF),采用不同时间分辨率的TRMM/TMI海表面温度观测资料作为大气模式底边界条件,设计数值试验,研究不同时间分辨率SST对台风模拟的影响;同时,通过分析HadISST1资料得到东中国海近50 a SST变化趋势,根据计算得到的SST(海表温度)变化趋势重构SST,并以重构的SST作为模式底边界条件,通过定量分析水文要素的变化,研究台风"杰拉华"过程对重构SST的响应情况。数值试验结果表明:SST时间精度的提高对台风"杰拉华"的路径后报误差减小贡献较小,但台风强度精度有明显提高。在根据SST长期变化趋势改变SST条件后,海平面气压显著降低,海面10 m风速、潜热通量、波浪能密度明显加大,有较明显增幅。