美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统简介.pdf

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1、第28卷第1期2010年3月海洋学研究JoURNALoFMARINESCIENCESV01．28No．1Mar．，20l0文章编号：1001—909X(2010)01-0088—09美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统简介郑沛楠1，姚志刚2，李晓婷1，鲍献文2(1．中国人民解放军61741部队，北京100081；2．中国海洋大学物理海洋实验室，山东青岛266100)摘要：介绍了美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统(Caro-C00PS系统)。该系统通过“实时观测一模式模拟一数据同化一业务应用”形成的一个完整链结，为卡罗莱纳州及其周边海域的科

2、研、经济以及军事应用提供服务。观测系统依靠沿岸水文气象台站、海上浮标、潜标以及卫星遥感装置等，获得研究海区的准确观测资料。数值模拟模块是Caro—COOPS系统的核心部分，使用三重网格嵌套技术，并耦合了大气、海浪、泥沙输运以及生物化学模型，真实、全面地模拟出该海区的状况。Caro-COOPS系统中采用集合卡曼滤波和四维变分同化的方式，利用观测数据来调整计算误差。在模式的运行过程中，数据同化的作用主要体现在对初始场和强迫场的修正上，其观测结果经过统计分析处理后，可对原有的强迫场进行校正，将相对真实的强迫场提供给模式计算；模式计算的结果与观

3、测数据相融合，通过滤波的方法调整积分的方向，以便更加逼近物理场的真实状态，将滤波调整后形成的物理场作为模拟下一个时刻计算所需的初始场。经过数据同化的调整，优化了模式计算所依赖的初始场和强迫场，减小了其与真实状态的误差，使模式的计算结果更加逼近真实值。Caro—C00PS系统的一大优势亮点是通过将预报结果与地理信息系统(GIS)相结合，快速而准确地定位洪水、风暴潮等自然灾害的影响区域，可准确至每一条街道乃至住宅，极大方便了决策部门有针对性地进行灾害预防和救助工作。GIS与模式结果的结合也极大地增强了Caro-COOPS系统服务社会的能力。

4、关键词：Caro—COOPS系统；数据同化；耦合模式；地理信息系统(GIS)中图分类号：P732．4文献标识码：A0引言南卡罗莱纳州和北卡罗莱纳州均为全美自然灾害的高发地区，在过去的100a时间里，南、北卡罗莱纳州所遭受的飓风袭击次数仅次于佛罗里达州。自1986年以来，全美有记载的飓风中大约有17．5％袭击过该区域，给该地区造成了严重的损失(图1)。在冬季，温带气旋经常在卡罗莱纳州附近海区迅速发展成为飓风，仅在1982～1990年冬季的47个月内，该海区附近温带气旋达116个[1_2]。可见，没有一个完善的监测以及预报系统，就无法对这些

5、迅速变化的灾害天气作出快速反应。基于上述原因，北卡罗莱纳州立大学和南卡罗莱纳州立大学联合开发了卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统(Caro—COOPS系统)。建立该系统的核心目标就是对近海海洋过程进行及时、有效地监测及预报，为社会经济发展提供海洋信息服务。该系统集海洋监测和预报系统为一体，不仅可以监测和预报各种海洋灾害，保障航海运输、海洋渔业等海洋经济产业的安全发展，还可以根据用户需求有针对性地提供各种海上信息服务，为当地政府提供切实有效的海上活动综合信息，以便有针对性地制定或调整相关的政收稿日期：2009—04-03基金项目：国家基础研究

6、规划资助项目(2005CB422302)；国家。908”专项资助项目(ST02)作者简介：郑沛楠(1981一)，男。山东烟台市人，博士，主要从事海洋数值预报1=作。郑沛椭等：美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统简介·89·图1美国飓风(1986～1996年)的影响范围(a)及北卡罗莱纳州海气灾害的比率(b)[1]Fig．1DistributionsofhurricanewindsinUSA(a)andassessmentofoceanandatmospheredamageinNorthCarolinaState(b)[1]策，促进沿海地区

7、海洋经济更加健康有序的发展，保证对海洋实施更加合理有效的开发利用[3-4]。Caro-C00PS系统的基本工作流程包括数据观测、数值模拟、数据同化以及预报结果应用4部分。l观测网Caro-C00PS系统基于分布在卡罗莱纳州附近海区的一系列观测仪器所构成的观测系统网，对该海区海洋环境进行实时有效的监测，利用该观测网所获得的实时而丰富的观测数据，对其河口海岸海洋环境变化作出及时、准确的预报[5]。该观测网包括沿岸水文气象台站、海上浮标、潜标以及卫星遥感装置等(图2)。海上浮标系统主要包括海上水位自动气象站和锚系浮标系统两类，分布在水深为10

8、～30m左右的大陆架中部。一个典型的海上浮标系统主要包括以下结构：作为所有设备承载平台的外部壳体、安装气象传感器的塔台以及用于放置测量水文要素的声学和其它传感器的保护井。安装在平台上的所有仪器图2Caro-