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科研進展

Argo浮標軌跡反演大洋千米層流場時的誤差獲揭示

  

   由于走航ADCP、潛標觀測成本高,觀測樣本較少,目前對大洋深層環流的刻畫尚不清晰。Argo浮標具有被動漂流特性,其表層GPS位置信息常用來反演大洋表層和停留層漂移深度上(通常為1000米)的流速場,可作為大洋地形洋流觀測、模式輸出值的重要參考?;?/span>Argo仿真模擬實驗,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室(LTO)研究員杜巖團隊計算了利用Argo軌跡反演的大洋千米層(Argo停留深度)的流場,并將其與仿真實驗的基準流場(ECCO2)對比,發現軌跡反演流場算法中普遍存在較為顯著的誤差。該研究成果近日發表在Journal of Physical Oceanography《物理海洋學雜志》,博士王天宇為第一作者,杜巖為通訊作者。

  該研究發現,Argo浮標軌跡反演大洋千米層流場時的誤差不僅來源于算法自身的局限性,海洋復雜的動力過程也在一定程度上影響反演結果。例如,海洋的垂向剪切會造成浮標在上浮/下潛階段的位置偏移,使速度矢量的起始點產生偏差。諸多研究,如Park (2005)等,對此誤差做了分析驗證。 

    而該工作在此基礎上將論證進一步量化,分析了熱成風理論與螺旋效應會影響軌跡反演流場在低緯度海洋的準確性。具體表現為:在赤道海洋的垂向剪切會使得流速的估算值比真實值高估12 cm s-1,而在副熱帶垂向剪切會造成流場方向的偏差。此外,該工作發現Argo浮標在沿流線漂流時自身速率的變化也在一定程度上影響反演的流速準確性。在這個過程中,海洋中尺度渦旋對浮標的漂流速率會產生加速作用,往往伴隨大洋能量的逆向串級,即海洋中尺度過程加強或維持流軸結構。最終在中尺度渦旋活躍的區域,如西邊界流和南極繞極流區域,由浮標軌跡反演的流速場通常會存在不可忽略的誤差,即估算的流場比真實值偏低。低估的振幅可能高達2 cm s-1,約占觀測值的12%。此工作對于現有觀測和模式中大洋千米層流場的評估和校正有一定的推動作用。 

  該研究由國家自然科學基金和國家重點基礎研究發展計劃等共同資助完成。 

  相關論文信息:Wang, T., Yan Du,Minyang Wang. (2021). Overlooked current estimation biases arising from the Lagrangian Argo trajectory derivation method. Journal of Physical Oceanography. Doi: jpo-d-21-0222.1 

  文章鏈接: https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-20-0287.1/JPO-D-20-0287.1.xml

1 Argo浮標一個完整工作循環漂流軌跡示意圖。浮標海面關鍵位置為DS(下潛開始)、AE(上浮結束)以及相應GPS定位點為DS’、AE’;海面以下關鍵位置為DE(下潛結束)、DDS(深層下潛開始)、AS(上浮開始)

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