本站訊（通訊員張佳麗）近日，由天津大學海洋學院張安民研究員帶領的研究團隊，在國際權威海洋技術類期刊《Journal of Atmospheric and Oceanic Technology》(JTECH)上發表了一篇題為“Improving the Estimation of Temperature and Salinity by Assimilation of Observed Sound Speed Profiles”的研究論文。本文第一作者為我院博士生張佳麗，通訊作者為張學峰教授。該研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。
溫、鹽初始場的準確估計對於改進海洋分析和預測至關重要。但是在近岸的淺海區域，由於岸線不準確以及水深測量精度不高，從而導致模式預報誤差較大。因此，採用資料同化技術，利用不同的觀測資料最佳化溫、鹽初始場一直是研究的熱點和難點。本研究嘗試在三維變分資料同化方法（3DVAR）框架下，引入聲速剖面作為附加約束，提出了一種加聲剖約束的三維變分資料同化方法（SSPC-3DVAR），以期進一步提高溫、鹽初始場的精度。此外，由於近海海域水下地形測量等工作已經獲得了大量的聲速剖面資料，如何有效利用這些現有的觀測資料也是本研究的重要意義之一。
為了驗證本研究提出的同化方案效能，首先進行了溫、鹽初始場構建的理想實驗，將標準3DVAR與SSPC-3DVAR的結果進行對比，以驗證SSPC-3DVAR方法的效能。在實驗中，標準3DVAR方法只同化了溫度和鹽度觀測值，而SSPC-3DVAR方法將溫度、鹽度和聲速的觀測值聯合同化以獲得分析場。實驗結果表明，與採用標準3DVAR方法相比，採用SSPC-3DVAR方法可以顯著降低分析誤差，特別是海表面溫度（SST）最大誤差由0.8°C下降至0.28°C（圖1）；垂直方向上，各層溫鹽初始場均方根誤差分別在0.15°C與0.1psu範圍內（圖2），均小於採用標準3DVAR方法的誤差。
圖1. “真實”場與不同資料同化方法分析結果之間的SST（a, c）和SSS（b, d）誤差：（a）、（b）標準3DVAR和（c）、（d）SSPC-3DVAR。
圖2.理想實驗結果對比：SSPC-3DVAR方法和標準3DVAR方法構建的初始場均方根誤差剖面對比，(a)溫度；(b)鹽度。
隨後，本研究以山東褚島附近海域為研究區域，基於外場實驗採集的溫度、鹽度和聲速剖面資料，採用普林斯頓海洋模式（POM）構建精細化預報模型（見圖3）。研究結果表明，與標準3DVAR方法相比，SSPC-3DVAR方法得到的溫度和鹽度估計精度分別提高了14.6%和11.1%。平均均方根誤差的垂直結構如圖4所示，與未進行同化的模式結果（control run）相比，SSPC-3DVAR和標準3DVAR方法均能有效提高溫度和鹽度分析精度，但引入聲剖約束的SSPC-3DVAR方法的效果更優。短期預報實驗結果進一步驗證了本研究提出的SSPC-3DVAR方法在實踐中的有效性，具有實際應用價值。
圖3.研究區域地形圖與觀測點（黑色圓點）
圖4. SSPC-3DVAR（紅線）、標準3DVAR（藍線）和未進行同化的模式執行（綠線）結果分別與觀測之間的平均均方根誤差剖面對比：（a）溫度，（b）鹽度。
（編輯 焦德芳 陳可）
【來源：天津大學新聞網】
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