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【中國科學報】Argo軌跡反演大洋千米層流場的誤差

  

  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研究員杜巖團隊,研究揭示Argo浮標軌跡反演大洋千米層流場時的誤差。相關研究近日發表于《物理海洋學雜志》。博士王天宇為第一作者,杜巖為通訊作者。

  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。

  基于Argo仿真模擬實驗,研究人員計算了利用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1至2 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%。

  該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。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0287.1

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