“选尺度资料同化”方法在海洋资料同化中的应用研究

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本研究将“选尺度资料同化”(Scale Selective data assimilation,简称SSDA)方法应用到海洋资料同化中,对卫星高度计资料反演的海表地转流进行了同化试验。SSDA方法的实现过程可分为以下三个步骤:首先,将区域模式模拟的正压流场进行尺度分离,即利用地转平衡关系将地转流(对应大尺度)分离出来,余下部分即为非地转流部分(对应小尺度);然后,利用卫星高度计资料反演的地转流对模式地转流进行同化调整,而保留小尺度的非地转流不变;最后,将调整后的地转流与原非地转流结合,得到新的海表流场并返回到模式中。SSDA方法的特点为利用卫星观测信息只调整模式的大尺度流场(地转流),而同时使流场的小尺度特征得以保留和发展。  为检验SSDA方法的有效性,本研究分别将SSDA方法与nudging方法和集合卡曼滤波(Ensemble Kalman Filter,简称EnKF)方法相结合,针对南海暖涡个例及西北太平洋涡漩活跃区进行多组同化试验,取得以下结果:  1)在针对2010年7、8月份的西沙暖涡的同化试验中,与直接同化卫星高度计SLA的试验进行对比,利用SSDA方法同化卫星高度计资料反演的地转流能够更有效的改善暖涡强度模拟;将SSDA方法同化地转流和同化SLA结合,则取得最优的同化效果;而未用SSDA方法的地转流同化试验结果显示,由于是直接将模式全流向地转流逼近,使得模式流场的地转分量偏大,模拟效果反而变差。  2)在针对西北太平洋涡漩活跃区的11个月的同化试验中,同时同化SLA和采用SSDA方法同化卫星高度计资料反演的地转流的试验对模式模拟效果的改善最显著,其纬向和经向流场的RMSE(相对于OSCAR流场)分别为0.17m·s-1和0.16m·s-1,比只同化SLA的试验分别减少了4%和8%;而同时同化SLA和未采用SSDA方法同化卫星高度计资料反演的地转流的试验,其纬向和经向流场的RMSE(相对于OSCAR流场)分别为0.22m·s-1和0.22m·s-1,比只同化SLA的试验分别增大了17%。进一步的分析表明32°N以南的中低纬度区域是不采用SSDA方法的试验模拟效果变差的主要区域。
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