An effectivemethod for improving the accuracy of Argo objective analysis

Based on the optimal interpolation objective analysis of the Argo data, improvements are made to the em- pirical formula of a background error covariance matrix widely used in data assimilation and objective anal- ysis systems. Specifically, an estimation of correlation scales that can improve effectively the accuracy of Ar- go objective analysis has been developed. This method can automatically adapt to the gradient change of a variable and is referred to as ＂gradient-dependent correlation scale method＂. Its effect on the Argo objective analysis is verified theoretically with Gaussian pulse and spectrum analysis. The results of one-dimensional simulation experiment show that the gradient-dependent correlation scales can improve the adaptability of the objective analysis system, making it possible for the analysis scheme to fully absorb the shortwave information of observation in areas with larger oceanographic gradients. The new scheme is applied to the Argo data obiective analysis system in the Pacific Ocean. The results are obviously improved.     

联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据,利用Argo数据计算的比容海平面变化,可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。     

基于Argo浮标和EOF建立区域海水三维声速场的方法

本文提出了一种利用Argo浮标数据和经验正交函数(EOF)建立区域海水三维声速场的方法。利用局部区域内的Argo观测数据对该方法进行了验证,利用少量Argo浮标数据即可建立精度较高的三维海水声速场模型,预测区域内任意剖面的中误差在1 m/s左右。     

Ocean Responses to Typhoon Namtheun Explored with Argo Floats and Multiplatform Satellites

Argo salinity and temperature profiles, along with other sea surface measurements, were used to explore the impacts of Typhoon Namtheun (2004) on the ocean. Namtheun took local enthalpy heat from the sea (0.39–0.7?×?10⁸ J m^?2), cooled the sea surface water as a result of vertical mixing (maximum 3–4°C) and produced heavy precipitation over the sea (100–180 mm). During this time, the vast latent heat released (2.6–4.4?×?10⁸ J m^?2) by the precipitation made a larger contribution to the typhoon's energy budget than the local air-sea enthalpy flux. In the upper ocean, the oceanic responses can be separated into two sub-processes, the fast spin-up accompanied by one-dimensional vertical mixing and the slow spin-down accompanied by the convergence of surface water. From Argo profiles on 28 July, it can be seen that the typhoon-induced surface mixing broke down the seasonal thermocline (approximately 20 db) within one day. In addition, the shallower (<200 db) convergence of the sea surface fresh water as a result of precipitation also made the post-typhoon water fresher (0.04 (practical salinity scale used)). In the deep ocean, the rapid upwelling at the top of the permanent thermocline suggests that the fast spin-up is a barotropic mechanism, probably gravity pressure. During the slow spin-down stage, the upwelling signal propagated downward (approximately 2 m h^?1) from the shallow water to the deep ocean for about 10 days; this was a baroclinic process. The baroclinic mechanism was more effective in maintaining a cyclonic eddy than in maintaining an inertial wave, and the low sea surface height anomaly and upwelling lasted much longer than the inertial oscillation (>20 days as opposed to approximately 10 days). This change in vertical structure and long-term upwelling could have impacts on the ocean environment and even on the short-term climate.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous nous sommes servis des profils de salinité et de température Argo, de pair avec d'autres mesures de la surface de la mer, pour explorer les répercussions du typhon Namtheun (2004) sur l'océan. Namtheun a pris de la chaleur enthalpique locale de la mer (0.39–0.7?×?10⁸ J m^?2), a refroidi l'eau de la surface de la mer par suite d'un mélange vertical (maximum 3°–4 °C) et a produit de fortes précipitations au-dessus de la mer (100–180 mm). Durant ce temps, l'importante quantité de chaleur latente (2.6–4.4?×?10⁸ J m^?2) relâchée par les précipitations a apporté une plus grande contribution au bilan énergétique du typhon que le flux enthalpique air-mer local. Dans la couche supérieure de l'océan, les réponses océaniques peuvent être divisées en deux sous-processus, la surgyration rapide accompagnée d'un mélange vertical unidimensionnel et la dégyration lente accompagnée de la convergence d'eau de surface. Sur les profils Argo du 28 juillet, on peut voir que le mélange en surface produit par le typhon a brisé la thermocline saisonnière (approximativement 20 db) à l'intérieur d'une journée. De plus, la convergence moins profonde (<200 db) de l'eau douce à la surface de la mer provenant des précipitations a aussi rendu l'eau post-typhon plus douce (0.04 — en utilisant l’échelle de salinité pratique). Dans l'océan profond, la remonté d'eau rapide au sommet de la thermocline permanente suggère que la surgyration rapide est un mécanisme barotrope, probablement de pression gravitationnelle. Durant la phase de dégyration lente, le signal de remonté d'eau s'est propagé vers le bas (approximativement à 2 m h^?1) de la couche superficielle vers l'océan profond pendant environ 10 jours; c’était un processus barocline. Le mécanisme barocline était plus efficace à entretenir un remous cyclonique qu’à entretenir une onde d'inertie, et l'anomalie de basse hauteur de la surface de la mer ainsi que la remonté d'eau ont duré beaucoup plus longtemps que l'oscillation d'inertie (>20 jours contre environ 10 jours). Ce changement dans la structure verticale et la remontée d'eau à long terme pourrait avoir des répercussions sur l'environnement océanique et même sur le climat à court terme.     

Variation Features of the Mindanao Eddy from Argo Data

Based on monthly mean Argo profiler float data from 2004 to 2008 and monthly mean sea surface height and current velocity data from the Simple Ocean Data Assimilation (SODA) reanalysis for the period 1958–2007, the three-dimensional structure of the Mindanao Eddy (ME), its seasonal and interannual variability, and its impact on the thermohaline structure are analyzed. In addition, the displacement of the ME centre and its relation to ocean circulations are also discussed. The results showed that the ME spreads vertically from about 600 db depth upward to about 40 db depth. In addition to its strong seasonal variation, the strength of the ME displays strong interannual variability resulting from the interannual variability in the North Equatorial Current (NEC), the North Equatorial Counter Current (NECC) and the Mindanao Current (MC). The meridional movement of the centre of the ME has strong seasonal and interannual variability, and the zonal movement has a strong seasonal variation. The meridional movement is associated with the meridional displacement of the interface between the NECC and the NEC, whereas the zonal movement is associated with the zonal displacement of the interface between the MC and the northward branch of the NECC. The ME variability can greatly affect the pattern of the thermohaline structure in the local upper ocean. When the eddy is strong, the cold and low salinity water within it moves vigorously upward from the deep layer; the thermocline shoals significantly; the subsurface high salinity water shows a large decrease; and the upper mixed layer becomes thinner, and vice versa.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] En nous basant sur les données mensuelles moyennes des flotteurs profileurs Argo pour la période de 2004 à 2008 et sur les données mensuelles moyennes de hauteur de la surface de la mer et de vitesses vectorielles du courant fournies par les réanalyses SODA (Simple Ocean Data Assimilation) pour la période de 1958 à 2007, nous analysons la structure tridimensionnelle du remous de Mindanao, sa variabilité saisonnière et interannuelle et son impact sur la structure thermohaline. De plus, nous discutons du déplacement du centre du remous de Mindanao et de sa relation avec les circulations océaniques. Les résultats ont montré que le remous s'étend verticalement vers le haut à partir d'une profondeur de 600 db jusqu’à une profondeur d'environ 40 db. En plus de sa forte variabilité saisonnière, la force du remous de Mindanao affiche une forte variabilité interannuelle résultant de la variabilité interannuelle dans le courant nord-équatorial (NEC), le contre-courant nord-équatorial (NECC) et le courant de Mindanao (MC). Le mouvement méridien du centre du centre du remous de Mindanao affiche une forte variabilité saisonnière et interannuelle et le mouvement zonal possède une forte variabilité saisonnière. Le mouvement méridien est lié au déplacement méridien de l'interface entre le NECC et le NEC alors que le mouvement zonal est lié au déplacement zonal de l'interface entre le MC et le bras allant vers le nord du NECC. La variabilité du remous de Mindanao peut grandement modifier la configuration de la structure thermohaline dans les couches supérieures locales de l'océan. Quand le remous est fort, l'eau froide et de faible salinité qu'il renferme se déplace vigoureusement vers le haut à partir de la couche profonde; la thermocline s'élève de façon marquée; les eaux de subsurface de forte salinité affichent une diminution importante; et la couche de mélange supérieure devient plus mince, et inversement.     

Typhoon-Induced Variability of the Oceanic Surface Mixed Layer Observed by Argo Floats in the Western North Pacific Ocean

This study takes advantage of the newly established observational network of Argo floats to investigate the variability of the oceanic surface mixed layer (ML) in response to typhoons occurring over the period 2000–08 in the western North Pacific Ocean. After removing the background variability due to the seasonal cycle, the regionally averaged ML response is statistically analyzed as a function of the distance from the typhoon centre, the time after typhoon passage, the geographic location, the translation speed of the typhoon and the pre-existing patterns of oceanic circulation. Based on an unprecedented amount of new observational data, our analysis reveals some notable differences between ML temperature and ML depth changes induced by a typhoon, including the delayed response of ML temperature relative to ML depth, the longer restoring time of ML temperature, and the tendency of pre-existing cold-core features to favour ML cooling while warm-core features favour ML deepening.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] La présente étude tire profit du nouveau réseau de balises d'observation Argo qui étudie la variabilité de la couche de mélange de la surface océanique en réponse aux typhons survenus durant la période 2000–2008 dans l'ouest du Pacifique Nord. Après avoir éliminé la variabilité de fond due au cycle saisonnier, nous faisons une analyse statistique de la réponse de la couche de mélange, moyennée dans une région, en fonction de la distance du centre du typhon, du temps écoulé depuis le passage du typhon, du lieu géographique, de la vitesse de déplacement du typhon et des configurations de circulation océanique préexistantes. En se basant sur une quantité sans précédent de nouvelles données d'observation, notre analyse révèle des différences notables entre les changements de température et de profondeur de la couche de mélange produits par le typhon, y compris la réponse retardée de la température de la couche de mélange par rapport à la profondeur de la couche de mélange, le temps de rétablissement plus long de la température de la couche de mélange et la tendance des caractéristiques de noyaux froids préexistantes à favoriser le refroidissement de la couche de mélange pendant que les caractéristiques de noyaux chauds favorisent l'approfondissement de la couche de mélange.     

差分GPS水下立体定位系统浮标姿态的测量

三维数字罗盘可以实时输出载体的二维姿态和地理方位角。在差分GPS精密水下立体定位系统中,可以用于GPS浮标姿态测定,进行GPS天线坐标实时三维改正。本文对三维数字罗盘工作原理进行了简要介绍,并针对三维数字罗盘与GPS同步问题进行了详细分析,同时给出了GPS天线坐标改正公式。     

Evaluating the contribution of satellite measurements to the re-construction of three-dimensional ocean temperature fields in combination with Argo profiles

Assimilation systems absorb both satellite measurements and Argo observations. This assimilation is essential to diagnose and evaluate the contribution from each type of data to the reconstructed analysis, allowing for better configuration of assimilation parameters. To achieve this, two comparative reconstruction schemes were designed under the optimal interpolation framework. Using a static scheme, an in situ-only field of ocean temperature was derived by correcting climatology with only Argo ...     

Effects of interannual salinity variability on the dynamic height in the western equatorial Pacific as diagnosed by Argo

In this paper, interannual variations of the ocean dynamic height over the tropical Pacific are diagnosed using three-dimensional temperature and salinity fields from Argo profiles, with a focus on the...     

一种利用SMOS卫星观测的海表面盐度反演海水盐度廓线的方法

This paper proposes a new method to retrieve salinity profiles from the sea surface salinity(SSS) observed by the Soil Moisture and Ocean Salinity(SMOS) satellite. The main vertical patterns of the salinity profiles are firstly extracted from the salinity profiles measured by Argo using the empirical orthogonal function. To determine the time coefficients for each vertical pattern, two statistical models are developed. In the linear model, a transfer function is proposed to relate the SSS observed by SMOS(SMOS_SSS) with that measured by Argo, and then a linear relationship between the SMOS_SSS and the time coefficient is established. In the nonlinear model, the neural network is utilized to estimate the time coefficients from SMOS_SSS, months and positions of the salinity profiles. The two models are validated by comparing the salinity profiles retrieved from SMOS with those measured by Argo and the climatological salinities. The root-mean-square error(RMSE) of the linear and nonlinear model are 0.08–0.16 and 0.08–0.14 for the upper 400 m, which are 0.01–0.07 and 0.01–0.09 smaller than the RMSE of climatology. The error sources of the method are also discussed.