黄海水温垂直剖面的遥感反演与数值预报模型

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1、第27卷第4期海洋科学进展Vo1．27No．42009年lO月ADVANCESINMARINESCIENCEOctober，2009黄海水温垂直剖面的遥感反演与数值预报模型修树孟，逢爱梅，申辉，张钦(1．国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061；2．中国科学院海洋研究所，山东青岛266071)摘要：基于黄海水温垂直剖面分层结构统计分析，建立了一个卫星遥感SST反演水温垂直剖面的参数化模式，以该模式反演数据作为一维数值预报模式的初值，同时用大气预报场资料作为预报模式的过程资料，发展了一个以卫星遥感资料作

2、为主要输入量的黄海水温垂直剖面的数值预报模型。模型实现了利用卫星遥感资料反演预报黄海水温垂直剖面的目的，5d时效的预报效果明显优于已往强温跃层数值预报模式。关键词：水温垂直剖面；参数化模式；多时间尺度反演；卫星遥感SST；数值预报模型中图分类号：P731．3文献标识码：A文章编号：1671-6647(2009)04—0444—08利用卫星遥感技术的优势，采用多源数据融合、同化与海洋学理论及物理模型相结合的研究方法，建立海洋三维热结构卫星遥感信息提取和应用模型，已成为国际海洋界开展三维海温业务化监测和预测、拓

3、展卫星遥感技术应用领域的主要发展方向。早在1990年，Carnes等就利用卫星遥感SST和SSH变异与次表层水温变异的相关分析方法，建立由SST和SSH反演水温垂直剖面的相关关系模型。Chu等_2在现场观测水温剖面统计分析的基础上，发展一个由表层水温反演水温垂直剖面的参数化模型。此外还有许多其它方法，如Holland等[3]的SSH异常和位涡相关方法，Alves等[4将SSH投影成垂向密度廓线等方法。然而，怎样利用卫星遥感信息解决海洋三维热结构的模拟预报问题，至今仍是人们探索的热点问题。卫星遥感海面温度和海

4、面风场，由于具有观测精度高、宏观同步等优势，以此作数值模式的大气强迫和边界条件，可明显地提高海洋上层或浅海温度垂向剖面的模拟预报精度，但对于深海，由于表层信息不能充分强迫深层，模式的限制条件不够充分L5]。Erer等【6认为解决这一问题的关键是把遥感数据投影到水下，并同化到数值模型中。他们采用最优插值法，将遥感SST和SSH相关模型反演的水温垂直剖面同化到湾流区的POM(PrincetonOceanMode1)模型中，重建预报时刻三维海温初始场，取得非常好的效果。Fox等利用GDEM(Generalized

5、DigitalEnvironmentalMode1)模型和海面高度与温度投影的水温垂直剖面，采用最优插值技术，建立了三维温盐模块化海洋数据同化系统MODAS(ModularOceanDataAssimila—tionSystem)。它包括静态MODAS和动力MODAS两个子系统，静态MODAS主要描述历史平均，而动力MODAS是在静态MODAS的基础上，同化卫星遥感海面高度海面温度投影的某一时刻的水温垂直剖面与现场观测资料，重建模式三维温盐初始场，给出三维温盐的时变信息并用于海洋温盐场的现报和预报。本文基于

6、黄海水温垂直剖面统计分析结果，利用多时间尺度分析方法建立由卫星遥感SST直接收稿日期：200808—15资助项目：国家基金项目(0207QT830)作者简介：修树孟(1952一)，男，山东莱阳人，研究员，主要从事海洋遥感应用方面研究．(张骞编辑)4期修树孟，等：黄海水温垂直剖面的遥感反演与数值预报模型445反演水温垂直剖面特征量的参数化模式，并以该参数化模式反演的结果直接作为王宗山等建立的黄海一维预报模式的初值，同时采用卫星遥感SST、W和NECP、ECMWF等大气预报场资料作模式预报因子过程资料，改进了文

7、献E83初值和过程资料的确定方法，实现了由卫星遥感信息反演预报黄海水温垂直剖面的目的。1水温垂直剖面的参数化卫星遥感SST反演1．1水温垂直剖面的参数化模式水温垂直剖面是一个数据量较大的数据集，能否用一组特征参数来近似表达整个剖面，使数据处理变得简单适用，取决于研究区水温垂直剖面季节性变化与分层结构特点。黄海冬季多为单层结构，表层水温即可近似地表征下层温度，夏季则呈现较稳定的3层结构，即上混合层、温跃层和下均匀层。图1是夏季黄海水温垂直剖面中最典型的实例。这个具有显著3层结构特征的温度垂直分布廓线，可用3段

8、线性剖面来描述，即从海面到矗的混合层内，为一温度基本不变梯度近似为零的线性剖面；从h到H是温度随深度增加而急剧下降的温跃层，它大致呈线性变化，温度梯度近似为一常数，跃层强度可由平均梯度来表示；由H直到海底之问的下图1黄海水温垂直剖面的参数化方法均匀层，也是一温度基本不变梯度近似为零的线性剖面。于是整Fig．1Parameterizationmethodofthe个水温垂直剖面可用下述参数化模式来表示：temper