基于多源数据的涡旋温盐三维重构方法研究——以西太平洋为例

来源 :江苏海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:simon_01
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作为海洋中重要的物理过程,中尺度涡旋的三维结构受到越来越多的学者关注。中尺度涡旋能够影响环流以及温盐分布,进而影响海洋环境。因此,研究中尺度涡旋对于认识海洋至关重要。海表盐度(SSS)作为研究海洋变化和中尺度涡结构的重要物理量,对海洋生态环境和海洋可持续发展具有重要意义。由于季风、环流等海气活动频繁,西太平洋成为影响我国短期气候异常的重点区域。为此,在西太平洋开展了海表盐度的反演和海表面特征分析的研究工作。随着科研开发需求的不断增加,仅依靠海表面盐度的现场观测在时间和空间上都远远不够,现场观测无法捕捉到更小尺度的时空变化。因此,迫切需要寻找新的方法和技术来获取海表面盐度。事实上,卫星遥感技术可以满足大范围连续观测和更小尺度时空变化的要求,通过卫星可以实现更高的空间覆盖和分辨率。本研究利用遥感卫星L波段微波辐射计观测到的亮温数据,考虑风、浪等因素的影响,建立了基于牛顿法的海表盐度反演模型,并将反演盐度与Argo盐度进行对比。在此基础上,结合多年的WOA2018气候温盐数据和反演得到的海表面盐度、海表面温度和海表面高度数据,对三维温盐场进行了重构,然后利用Argo剖面数据进行验证,并深入研究了涡旋的三维温盐结构。将西太平洋海域的WOA2018温盐剖面数据,经过插值处理形成实验所需的标准态气候温盐数据,利用回归统计分析的方法,构建了海表面温度异常、海表面高度异常联合构建三维温度剖面的经验回归模型,进而采用卫星遥感海表面温度和SSH数据重构了该区域的三维温度场。此外,利用同样的方法建立盐度的经验回归模型,并对传统方法进行了改进,在模型中加入了反演的海表面盐度和海表面温度等约束条件,重构了该区域的三维盐度场。主要成果如下:(1)建立了一种有效的海表盐度反演方法。反演的海表盐度平均偏差在0.115~0.167之间,其中9月份平均偏差最小;均方根误差在0.134~0.195之间,标准差在0.127~0.177之间。可以看出,这两者的盐度数据趋于一致。结果验证了基于牛顿法的盐度反演模型的有效性。为了进一步验证反演结果的有效性,与SMAP盐度产品进行了比较,结果发现在均方根误差和标准差方面反演结果均小于SMAP盐度数据,且相关性更为显著。从反演结果来看,0°N~5°N海域海表盐度和Argo盐度偏差较大,这不仅与附近岛屿的射频干扰有关,而且受到较大的降水影响。(2)结合遥感卫星海表温度数据构建了西太平洋二维温盐场。从西太平洋二维温盐场的空间分布来看,具有明显的纬度分布地理特征。随着纬度的增加,海表盐度先减小后逐渐增大,整体呈上升趋势。海表盐度相对较高,因为亚热带海域的蒸发量高于降水量。此外,海表温度分布由低纬向高纬逐渐减小。(3)在对传统方法改进的基础上,重构了三维温盐场。通过与西太平洋Argo实测剖面数据的对比研究,结果表明重构得到的三维温度场海洋表层温度误差约为0.2~0.6℃,在温跃层温度的误差为0.4~0.8,500m以下温度误差不超过0.2。重构得到的三维盐度场海洋表层盐度误差约为0.1~0.15psu,且在各个深度的变化都没有温度那样明显。从不同月份来看,与传统方法相比,本实验重构的三维盐度场精度提高了0.08~0.108psu,其中越接近海面,提高的精度越明显。(4)结合涡旋数据重构了涡旋三维温盐场。在冷涡的影响下,观察范围内垂直方向的温度值明显下降,盐度变化存在先增加再减少的趋势。重构的涡旋三维温度剖面和Argo温度剖面在垂向分布上趋于一致,其中在涡心附近重构的涡旋三维温度剖面略高于Argo温度剖面,重构的涡旋三维盐度剖面和Argo盐度剖面误差不超过0.1。实验结果清晰地反映出涡旋三维温盐剖面的垂直结构和中尺度涡旋特征,且准确地展示了冷涡影响下其三维温盐场的结构特征。该论文有图33幅,表7个,参考文献71篇。
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