有关东海黑潮多元资料同化综述

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1、有关东海黑潮多元资料同化综述13海洋1班周娟伶摘要资料同化口J理解为两层基本含义：一是合理利用各种不同精度的非常规资料使其与常规观测资料融合为有机的整体，为数值预报提供更好的初始场；二是综合利用不同时次的观测资料，将这些资料屮所包含的时间演变信息转化为要素场的空间分布状况。本文将用资料同化的具体方法处理黑潮和黑潮延伸体的观测资料来展现资料同化方法的作用以及其优点。不同的数据类型用不同的方法，并且通过改进，可获得与实际观测数据误差相对小的结果。关键字资料同化；海洋观测数据；资料同化实验；误差分析资料同化(DataAssim

2、ilation，也叫数据同化)，初来源于为数值天气预报提供必要的初值，现在已经发展成为能够冇效利用大量多源非常规资料的一种新颖技术手段，它不仅可以为海洋数值预报模式提供初始场，还可以构造海洋再分析资料集，为海洋观测计划和数值预报模式物理量及参数等捉供设计依据(李宏,许建平2011)。目前的资料同化方法根据其理论原理可分为两类，一类是基于统计估计理论的，如最优插值、卡尔曼滤波(KalmanFilter,KF)、扩展卡尔曼滤波(ExtendKaimanF订ter,EKF)、集合卡尔曼滤波(EnKF)等；另外一类是基于优控制的

3、(也有称变分的)，如三维变分(3DimensionalVariation,3D-Var)、四维变分(4D-Var)等［1］。具体在海洋科学屮的应用是根据一定的优化标准和方法，将不同时间、不同窄间、采用不同观测手段获得的观测资料与数学模型有机结合，纳入统一的分析与预报系统，使得数值预报模式不断吸收消化观测资料,建立模型与资料相互协调的优化关系，使计算分析结果的误差最小，从而模式状态越来越接近真实大气和海洋的过程［2］o目前，海洋卫星的快速发展使得海洋观测数据大幅增多，所捉供实时或准实时的数据产品，在海洋大尺度运动和中尺度过

4、程等研究中得到了广泛应用•海面卫星遥感数据主要包括海表面温度(SST)和海表面高度(SSH)/海面高度异常(SM)等，曲于这些数据局限在海洋表面，无法直接反映三维海洋的状况，而数据同化是连接观测数据与数值模式的桥梁.大量研究表明观测数据的同化能有效优化海洋数值模式的三维海洋的模拟结果，同时也可为海洋和气候的预测捉供合理的初始场(Ezer和Mellor,1994;Zhang和Rosati,2010;Yin等，2010,2012;Ratheesh等，2012)［3］。陈辉等人(2015)基于地球系统模式FTO-ESM的海洋卫

5、星资料模式，设计了集合调整Kalman滤波(EAKF)同化方案并开展了海洋卫星资料同化实验.设计的数值实验包括1组控制实验和4组同化实验.控制实验由一组初始场各不相同的模式组成，将FIO-ESM模式积分1年;同化实验则在积分过程中不断对海洋模式分量进行海洋卫星数据同化.前2组同化实验分别对卫星海面高度异常(SM)和一卫星海面温度(SST)数据进行同化，后2组实验中SLA和SST均加入同化，但两种数据同化顺序不同.为了检验同化过程对气候模式中海洋模拟的影响，将实验结果与再分析数据集EN3进行了对比分析.与海洋模式不同，耦合

6、模式在海面的动量和热量通量是由耦合过程实时计算得出，耦合模式中多变量之间的约朿关系更接近实际的物理过程.海洋卫星资料EAKF同化整体显著改善TF10-ESM中海洋模式分量的模拟结果，尤其在1000m以浅效果更为显著•不同类型的卫星观测数据的同化效果在深度上有所不同，SST的改善效果在表层附近较大，而SLA则对次表层改善较大，且在深层SLA的改善大于SST.联合SLA和SST同化的实验结果均比单独同化一-类数据的效果更佳，但不同顺序对这2种数据进行同化的差异不显著。从该实验可以看出，同化的效果表明了同化系统的稳定可靠性［4

7、］。王青等人（2011）将优插值法与赤潮数值模型相结合，针对时空分辨率不统一的卫星遥感数据及海洋常规调查数据，进行了东海赤潮高发区海表温度场及海表营养盐浓度场的数据同化研究，并在此基础上进行了该海区春季赤潮过程的数值模拟研究。数据同化结果显示，优插值数据同化方法不仅在一定程度上修正了海表温度场模拟结果的误差，尤具体现在对赤潮藻的生长影响较大的温度区段18—20°C等值线的南移，而且较为明显地优化了研究海域海表营养盐浓度场，使模拟结果更加接近观测值。对比赤潮过程数值模拟结果发现，在未加同化情况下，海区赤潮藻并未形成大规模赤

8、潮，并且消散较快；而在加入同化后，研究海域交替出现了硅藻及甲藻的大范围赤潮，赤潮生消过程与现场调查数据分析结果较为一致。耦合了优插值数据同化方法的赤潮数值模型，由于具有改进海洋环境背景场的优势，因此可以在赤潮预报预警工作中得到较好应用［5］。郑沛楠等人（2014）基于同化再分析产品研究东屮国海海洋锋季节变化特征。同化