船载CTD仪与自动剖面浮标观测资料质量初探

海洋科学的发展离不开精确的数据,然而各种海洋观测仪器在复杂的海洋环境中作业难免产生测量误差,导致观测数据需要进行实时(或延时)质量控制。中国Argo计划在搭载多个航次布放剖面浮标的同时,对航次中获取的船载CTD(conductivity, temperature, and depth)仪观测资料、自动剖面浮标观测资料以及实验室高精度盐度计测量数据进行了实时比对。分析结果显示,利用实验室高精度盐度计对现场观测数据尤其是船载CTD仪观测资料进行质量控制,于温盐数据(特别是深层)的实时/延时校正非常重要;如某航次未经标定的船载CTD仪所测1000dbar以深范围内海水盐度,与实验室高精度盐度计的差值达到±0.1左右,远远落后于国内海洋调查规范对盐度准确度±0.02的一级测量要求,该具体实例更加突显了船载CTD仪在航次前后送往权威部门进行检测的必要性和重要性,从而确保每个航次获取的CTD资料的质量。建议有条件的情况下,在进行深海大洋船载CTD仪观测时要进行现场实验室高精度盐度计的质量控制工作及比对试验,以提高我国深海大洋观测数据的质量。     

西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量初步研究

基于2001年1月～2014年7月期间的Argo温盐剖面资料,利用循环平稳经验正交函数（CSEOF）分解、最大熵谱分析和相关分析等方法,研究了西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量的空间分布、季节和年际变化特征,并探讨了其影响机制。结果表明,暖池海域近表层与次表层热含量逐年变化呈反位相变化模态,同样盐含量变化趋势也不尽相同。无论热含量还是盐含量,都存在着明显的季节和年际变化。CSEOF分析表明,暖池海域热含量第一模态空间场具有显著的东—西反相位年际振荡,盐含量第一模态则呈正-负-正的三极子模态,但时间序列显示,热含量在2007年以后经过3次位相调整,而盐含量2007年以后只经过一次位相调整,且这种年际变化都与ENSO事件有关,且热含量相比于盐含量受ENSO影响更大。El Niño期间,暖池海域西部热含量减少, 东部增加,La Niña期间则相反;研究海域南北部盐含量在El Niño期间增加,中部（暖池高温中心）减少,La Niña期间则相反;进一步分析表明,热含量变化主要受到局地风场以及纬向流的影响,而盐含量变化则受淡水通量和纬向流的影响。     

声速剖面反演预测方法

利用2006—2017年我国南海部分区域(112°～114°E,10°～12°N)的Argo观测数据,对该海区声速剖面进行了仿真分析和研究。在此基础上,利用遗传算法(GA)优化的径向基函数(RBF)神经网络建立反演预测模型(GA-RBF),结合海区表面实测温度和历史数据,研究了该区域2016—2017年的声速剖面实时预测情况,并获得该海区6月和12月的声速剖面平均均方根误差值为0.845 m/s和0.815 m/s;而采用平均声速剖面方法获得该海区6月和12月的声速均方根误差分别是2.393 m/s和2.176 m/s。仿真结果表明:基于GA-RBF网络模型并利用海区表面实测温度的反演预测结果更趋近实测声速剖面,该模型可用于海区垂直声速剖面的实时预测。     

Seasonal variability of sonic layer depth in the Central Arabian Sea

The seasonal variability of sonic layer depth (SLD) in the central Arabian Sea (CAS) (0 to 25°N and 62-66°E) was studied using the temperature and salinity (T/S) profiles from Argo floats for the years 2002–2006. The atmospheric forcing responsible for the observed changes was explored using the meteorological data from NCEP/NCAR and Quickscat winds. SLD was obtained from sound velocity profiles computed from T/S data. Net heat flux and wind forcing regulated SLD in the CAS. Up-welling and down-welling (Ekman dynamics) associated with the Findlater Jet controlled SLD during the summer monsoon. While in winter monsoon, cooling and convective mixing regulated SLD in the study region. Weak winds, high insolation and positive net heat flux lead to the formation of thin, warm and stratified sonic layer during pre and post summer monsoon periods, respectively.     

Hydrographic effects of an intense “medicane” over the central-eastern Mediterranean Sea in 2018

The formation of cyclones over the sea surface is driven by air-sea interaction with feedbacks on wave generation, thermohaline structures, and biochemical properties of upper-ocean layers. In the Mediterranean basin, strong cyclonic systems having tropical-like characteristics are called “medicanes”. The consequences of such events are usually assessed over the land, however, hydrographic effects are particularly difficult to be quantified mostly due to the rarity of oceanographic in-situ monitoring systems. In this study, the hydrographic effects of a high-impact medicane, crossing the central-eastern Mediterranean in late September 2018 are investigated mainly based on Argo float measurements. We traced its hydrographic fingerprint and examined its effects on the upper-layer physical properties by analyzing temperature and salinity profiles from floats that overlapped with its track. Float data is supported by satellite sea surface temperature reanalysis data and meteorological records. The synergistic effects of intense evaporation and vertical mixing mechanisms triggered by the medicane, resulted in abrupt surface cooling, especially in the Ionian and Aegean Seas. A relatively homogenous decrease of temperature in the upper 50-m-depth layer followed, along with the deepening of the mixed-layer depth, corresponding to an estimated per profile average deficit of (-2.72 ± 1.23) x 10⁸ J m⁻² in the ocean heat content. Simultaneously, significant upper-layer freshening occurred because of vertical mixing and heavy rainfall. However, a salinity increase in the subsurface waters was observed after the medicane event, which is associated with both horizontal advection and vertical mixing which followed the weakening of the Atlantic Water signal and the dominance of the Levantine Surface Water in this zone. Our findings highlight strong, short-scale hydrographic alterations made available due to the expansion of the marginal seas operational oceanographic network.     

一个西太平洋冷涡影响下的会聚区声传播变异特征分析

以Argo资料给出的一个典型西太平洋冬季冷涡为环境背景,应用BELLHOP高斯束射线模型计算声场,通过比较环境水平不变与环境水平变化声场的差异性,得出了涡旋环境和地形变化共同影响下会聚区声场出现的一些变异特征。分析结果表明,涡西侧声场在深海平坦地形条件下会聚区保持完整,从涡外向涡内传播时会聚区距离逐渐变小,反之距离变大,同时,涡中心附近的冷水上涌破坏了近表层的表面声道,使声传播损失突然增大。涡东侧的海山地形阻碍了会聚区反转,使声场出现了复杂的变异特征,如会聚区的截断、上反转点的抬升或下降、声线的多途传播以及增益位置的不规则变化等。这些声场变异特征是由西太平洋的背景环境、涡中的水文非均匀分布以及地形变化共同引起的。当地形变化不影响会聚区反转时,声场变化主要受涡锋面两侧水文环境差异的影响,典型特征是会聚区的偏移和表面声道的生消;当地形变化对会聚区反转产生明显的干扰时,地形条件对于声场能量分布具有主导作用,非均匀水文环境的影响弱化,但仍起到重要的调制作用。     

Argo大洋观测资料的同化及其在短期气候预测和海洋分析中的应用

国际Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)计划的实施,提供了前所未有的全球深海大洋0～2000 m水深范围内的海水温度和盐度观测资料,在大气和海洋科研业务中应用这一全新的资料,是深入认识大气和海洋变异、提高我国气候预测、海洋监测分析和预报能力的一个关键所在.通过开发非线性温—盐协调同化方案和利用同化高度计资料来调整模式的温度和盐度场,建立了可同化包括Argo等多种海洋观测资料的全球海洋资料变分同化系统,提高了对全球海洋的监测分析能力.实现了海洋资料同化系统与全球海气耦合模式的耦合,显著提高了短期气候预测水平.利用Argo资料改进了海洋动力模式中的物理过程参数化方案,有效提高了海洋模式对真实大洋的模拟能力和对厄尔尼诺/拉尼娜的预测能力.开发了利用Argo浮标漂流轨迹推算全球海洋表层和中层流的方法,提高了推算的全球表层流、中层流资料质量,有效弥补了洋流观测的匮乏.     

ARGO观测资料的2种同化方案

使用POM(Princeton Ocean Model)海洋环流模式模拟西北太平洋海域的温盐场,之后运行中国科学院大气物理研究所同化系统(Ocean Variational Analysis System,OVALS),使用Argo观测网格化产品进行2006年整个计算域三维变分同化。无论从平面分布还是断面分布来看,除海表面温度(SST)外,温度同化的效果都比较好,尤其是800 m水深以浅,均方差值甚至能减小1.0℃以上。而且随着同化积分时间的增加,同化后误差减小越来越显著,3、4月份的同化效果明显高于1、2月份。与OFES(OGCM for the Earth Simulator)海洋模式结果相比,同化在一定程度上改进了模拟结果。在POM(Princeton Ocean Model)数值模拟基础上,利用3个西太平洋代表性浮标的观测资料,运用松弛逼近法同化2006年6月断面数据。当松弛系数取0.5时,模拟时间大约半天,模拟值就能快速逼近或完全等于观测值。虽然只对观测剖面进行了数据同化,但该同化可以产生更大范围的效果,而且这种效果可以持续更长时间。     

基于距平分析的Argo海表温度场重构

提出基于距平分析的Argo海表温度场(SST)重构方法,即在Argo浮标观测点提取温度距平值序列进行Kriging插值生成距平场,并叠加气候态SST的方法重构Argo海温场。以Argo数据相对稀少的2003年8月份和Argo数据相对较多的2012年8月份印度洋海域(60°S—30°N,25°—125oE)为例,重构水平分辨率为1°×1°的海表温度场。分析表明:(1)这种基于距平分析方法重构的海温场与对Argo数据直接Kriging插值获得的结果相比在精度上有大幅提高;(2)重构的温度场与最优插值海表温度场(OISSTV 2.0)的等温线具有高度的一致性,并且在Argo浮标附近海域有更好的细节表现;(3)即使在Argo数据相对稀少的海域,基于距平分析方法重构的海温场也能保持较高的精度要求,包括边缘海域和南大洋极锋附近均有较好表现。     

Argo观测剖面数据量的时间变化与周期分析

海洋渔业预报使用的遥感数据一般只能获得海洋表面的环境信息,而Argo数据可以为渔业预报提供较深处的温盐数据,为了在渔业预报中按其时间周期进行使用,需要计算它的周期以提高预报质量.通过功率谱估计计算出2001-2008年的数据存在较长的周期为62.7 d和117.5 d,较短的周期为4.9 d和9.8 d,同时还有一个约...