溫鹽流預(yù)報講義

溫鹽流預(yù)報2023年2月1日目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識全球和區(qū)域溫鹽流時空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報1.概況1.1國際溫鹽流預(yù)報概況國際全球和區(qū)域業(yè)務(wù)化海洋預(yù)報系統(tǒng)（2016年）系統(tǒng)名稱海洋模式模式區(qū)域水平分辨率垂直層數(shù)同化方案預(yù)報時效大氣強迫美國海軍GOFSv3.0HYCOM全球1/12°32層NCODA-3DVAR7days海軍全球環(huán)境模式NAVGEM美國NCEPRTOFSHYCOM全球1/12°32層NCODA-3DVAR8daysNCEPGFS3-hourly,HWRF(HurricaneWRF)北大西洋1/12°，美國近岸4-6km26層2DVAR(horizontal)1DVAR(Vertical)6days法國(Mecator-Ocean)NEMO全球1/12°50層SAM2-3DVar,基于SEEK方程的降階卡爾曼濾波對溫度和鹽度作誤差訂正14daysECMWF3hourly分析場和預(yù)報場北大西洋+地中海20°S-80°N50層7days歐洲ECMWFNEMO3.0全球1°，赤道加密42層NEMOVAR(3DVar-FGAT)51成員集合預(yù)報，18days(每天),32days(每周),7months(每月)ECMWF業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報場英國FOAMv12NEMO全球1/4o75層NEMOVAR(3DVar-FGAT)7daysMetOffice3-hourly數(shù)值天氣預(yù)報

北大西洋、印度洋、地中海1/12o50層澳大利亞BluelinkOFAM3MOM4準(zhǔn)全球75oS-75oN1/10o51層BODASv8.37daysACCESS-G,APS1ERA-Interim日本MOVE/MRI.COMMRI.COMv3.4全球1o54層3DVAR30days(西北太平洋)JRA55-JCDAS6hourly北太平洋1/2o54層西北太平洋1/10o26層4DVAR加拿大CONCEPTSNEMO3.1全球1/4o50層海洋

SAM2海冰

3DVAR-FGAT10daysGEM(CanadianMeteorologicalCentre)hourly北極、北大西洋1/12o南大西洋1/12o5days西南大西洋1/24o4days1.概況1.1我國溫鹽流預(yù)報概況1960年，山東海洋學(xué)院與山東海洋水產(chǎn)研究所及煙臺氣象臺開展煙臺近海單站水溫預(yù)報探索；1976年10月開始發(fā)布黃東海近海春季，渤海秋季和東海近海秋季的每月1日和15日的日平均海水溫度預(yù)報；1977年底正式發(fā)布每月一次的東海及外緣海域月平均表層海水溫度試報和預(yù)報，以及南海東北部的月平均表層水溫預(yù)報；1980年12月開始發(fā)布黃海旬平均表層水溫試報和預(yù)報；1983年2月起，發(fā)布了東海及其外緣海域的月平均海面水溫預(yù)報圖和月平均海面水溫距平預(yù)報圖；1986年7月，發(fā)布每旬一次的中國近海及西北太平洋海域的訊平均海溫預(yù)報和旬市況分析；2009年4月，將原有的西北太平洋海溫旬預(yù)報和旬實況分析系統(tǒng)發(fā)展為周預(yù)報和周實況分析系統(tǒng)；2017年9月，開始提供海溫智能網(wǎng)格化和近岸基礎(chǔ)預(yù)報指導(dǎo)產(chǎn)品。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識全球和區(qū)域溫鹽流時空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報2.溫鹽流基礎(chǔ)知識2.1海溫概念：海水溫度（sea-watertemperature）是表示海水熱力狀況的一個物理量，海洋學(xué)上一般以攝氏度（℃）表示。影響因素：太陽輻射和海洋大氣熱交換是影響海水溫度的兩個主要因素，海流對局部海區(qū)海水的溫度也有明顯的影響。分布：海洋表層溫度呈現(xiàn)明顯的自低緯度向高緯度遞減的分布，這與太陽輻射及海流有密切關(guān)系；海洋表層水溫等溫線分布大致與緯度平行；日變化：開闊大洋表層晝夜水溫變化通常小于0.3℃，且僅在海面至10m層以內(nèi)波動，即使在淺海區(qū)，表層水溫的日變化也小于2℃。年變化：溫帶和亞熱帶海區(qū)表層水溫周年變化較明顯，處于緯度30°~40°的大洋區(qū)最高和最低溫差6~7℃。另外，在受大陸氣候影響的近岸淺水區(qū)的水溫周年變化也較大。2.溫鹽流基礎(chǔ)知識2.2鹽度海水可以看成是純水中溶解一系列物質(zhì)的溶液。海水的溶解物質(zhì)包括無機物、有機物和溶解氣體。鹽度（salinity）是海水中含鹽量的一個標(biāo)度。現(xiàn)在使用的標(biāo)準(zhǔn)鹽度是R.A.考克斯等對采自各大洋和海區(qū)的135個水樣(深度在100米以內(nèi))的氯度值進(jìn)行了準(zhǔn)確的測定，并換算成鹽度，并測定了電導(dǎo)比R15,得到S‰與R15關(guān)系，其中R15為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15°C條件下海水樣品與S=35.000的標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率的比值。2.溫鹽流基礎(chǔ)知識2.3海流海流又稱洋流，是海水因熱輻射、蒸發(fā)、降水、冷縮等而形成密度不同的水團(tuán)，再加上風(fēng)應(yīng)力、地轉(zhuǎn)偏向力、引潮力等作用而大規(guī)模相對穩(wěn)定的流動，它是海水的普遍運動形式之一。海流的種類：密度流：由于海水密度分布不均勻而產(chǎn)生的海水流動；風(fēng)海流：由風(fēng)直接產(chǎn)生的海流；暖流：水溫高于流經(jīng)海區(qū)水溫的海流，通常是從低緯度流向高緯度（如黑潮、灣流），暖流一般高溫高鹽，透明度較大；寒流：寒流是指水溫低于流經(jīng)海區(qū)水溫的海流，通常是從高緯度流向低緯度（如千島寒流），寒流一般低溫低鹽，透明度較小；潮流：海水主要受月球、太陽引潮力而產(chǎn)生的周期性的海水運動形式；補償流：由于海水的連續(xù)性和不可壓縮性，一個地方的海水流走了，相臨海區(qū)的海水也就流來補充。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識全球和區(qū)域溫鹽流時空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球全球大洋表層海溫分布主要受太陽輻射緯度分布以及冷暖海流和海陸分布影響；全球海表溫度成帶狀分布，在赤道地區(qū)溫度偏高，隨著緯度的增加而海溫逐漸減小。全球海洋表層溫度年平均分布(WOA13V2,1955-2012)3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球一般來說，同一海區(qū)夏季的海溫要比冬季偏高，特別是在北半球高緯度地區(qū)。全球海洋表層溫度夏季（7-9月）和冬季（1-3月）分布3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球海溫深層分布：在500m深度，熱帶地區(qū)海水溫度比較均勻，在南北緯30地區(qū)，出現(xiàn)明顯的高溫中心。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球海溫深層分布：在1000m深度，北太平洋海水溫度約3~4，南太平洋高于北太平洋約4~5度，印度洋平均溫度略高于太平洋，高溫區(qū)位于北大西洋東部，這主要由于地中海的高溫高鹽水溢出下沉造成的。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球海溫深層分布：在2000m深度，溫度分布比較均勻，除了與南極交界處以外，水溫經(jīng)向和緯向的梯度都明顯減小，大西洋平均水溫高于太平洋和印度洋。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球海溫垂向分布：一般來說，海水溫度隨著深度的增加而不同程度地減小，這主要是由于太陽輻射入海的能量被表層海水所吸收，造成海表溫度要高于海洋內(nèi)部的溫度。海洋表層由于受到太陽輻射、降水、風(fēng)力強迫等作用引起的湍流混合十分強烈，形成溫度、鹽度和密度幾乎垂向均勻的混合層，而溫躍層是上層的薄暖水層與下層的厚冷水層間出現(xiàn)水溫急劇下降的層。就赤道太平洋地區(qū)海溫隨經(jīng)度和水深的垂直分布而言，由于信風(fēng)驅(qū)動海水向西輸送，引起暖水在西邊界附件堆積，造成赤道西太平洋地區(qū)溫躍層(20°C等溫線深度)加深，使得溫躍層從赤道西太平地區(qū)向赤道東太平洋地區(qū)逐漸抬升。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球全球大洋表層鹽度平均值以大西洋最高，印度洋次之，太平洋最低，空間分布極不均勻；海洋表層鹽度分布的總體特征為：緯線方向呈帶狀分布，從赤道向兩極呈馬鞍形的雙峰分布；在寒暖流交匯區(qū)域和徑流沖淡海區(qū)，等鹽線密集，鹽度梯度較大，在某些海域可達(dá)0.2/KM以上；海洋中鹽度的最高與最低值多出現(xiàn)在一些大洋邊緣海盆，由于蒸發(fā)很強而降水和徑流較小，同時與大洋水的交換不通暢，故鹽度較高；冬季鹽度的分布特征與夏季相似，只是在季風(fēng)影響特別顯著的海域，如孟加拉灣和南海北部地區(qū)，鹽度有較大差異。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球由于多種制約鹽度因子的影響隨深度增大逐漸減弱，所以鹽度的水平差異也隨深度的增大而減小。在水深500m處，高鹽中心移往大西洋西部。大洋深處的鹽度分布幾近均勻。500m水平鹽度差異~2.3；1000m水平鹽度差異~1.7；2000m水平鹽度差異~0.6。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球鹽度垂向分布在赤道海區(qū)表層較淺的低鹽水下，是由南、北半球副熱帶海區(qū)下沉后向赤道方向擴展的高鹽水，被稱為大洋次表層水，具有大洋垂向上的最高鹽度；在高鹽次表層下，是由南、北半球中高緯度表層下沉的大洋（低鹽）中層水；在低鹽中層水之下，充滿了在高緯海區(qū)下沉形成的深層水與底層水，鹽度稍高。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球大洋中的海流通過輸運作用改變?nèi)虻臒崃?、鹽度和生態(tài)要素的時空分布，從而進(jìn)一步影響全球的氣候變化和海洋生物資源的分布，從而影響人類的經(jīng)濟(jì)活動。海流形成的物理機制：流作為一種在旋轉(zhuǎn)球體上運動的流體，主要受個四個作用力影響，它們分別為：應(yīng)力、壓力梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、摩擦力；風(fēng)生環(huán)流由風(fēng)在海氣界面產(chǎn)生應(yīng)力為主導(dǎo)，一般在海洋表層；熱鹽環(huán)流由海水密度變化引起的壓力梯度力主導(dǎo)，一般在海洋深層；二者之間并不存在涇渭分明的界限，在很多海區(qū)是混合為一體的。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球應(yīng)力因海流所處的位置不同來源也不同，主要可分為海表面和海洋深層兩種。在海表面應(yīng)力的來源主要為風(fēng)，極區(qū)冰-海界面應(yīng)力來源則為海冰的拖曳作用。在深海應(yīng)力的來源則為海流內(nèi)部流體之間的應(yīng)力。壓力梯度力則由不同位置間海水壓力的變化引起，這種變化主要由四種因素造成：海流本身引起的海水物質(zhì)輸運，海水密度變化，大氣壓力變化和潮汐。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球在深水大洋區(qū)，風(fēng)應(yīng)力和壓力梯度力是表層海流的重要影響因子，因此也被稱為風(fēng)生環(huán)流；在氣候態(tài)意義下，風(fēng)應(yīng)力可以和海水輸運引起的正壓梯度力以及地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)成較好的平衡關(guān)系，使得全球氣候態(tài)風(fēng)應(yīng)力和氣候態(tài)表層海流之間存在很強的相關(guān)性；實際天氣尺度下的海水流動，還受到海水溫鹽變化引起的斜壓梯度力、摩擦力等等因素的影響。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球在淺水近海區(qū)，潮汐將主要影響因子，甚至在很多海區(qū)影響程度大于風(fēng)；而潮汐的預(yù)報準(zhǔn)確度則受海岸地形、水深、海底摩擦、引潮力的準(zhǔn)確度影響較大。不同時刻潮汐作用下海流和海表面高度的變化3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球受大陸分布影響，全球表層海流從氣候態(tài)角度可分為五大流渦，即：北太平洋流渦、南太平洋流渦、北大西洋流渦、南大西洋流渦、印度洋流渦，與海表面風(fēng)的分布形態(tài)相一致。流渦的西側(cè)為西邊界流，流渦的東側(cè)為東邊界流。赤道兩側(cè)，存在向西的南北赤道流系，海水沿赤道流系向西輸運會遇到陸地造成暖水堆積形成向東的壓力梯度，加之赤道上風(fēng)應(yīng)力較弱，為滿足平衡關(guān)系會有部分海水回流向東，從而形成赤道逆流。在流渦西側(cè)普遍存在西邊界流，受地轉(zhuǎn)偏向力隨維度變化的影響，為滿足渦度守恒定律，流渦的中心會向西偏移，從而形成西邊界流流速大而狹窄的西向強化現(xiàn)象。在流渦東側(cè)存在東邊界流，受西向強化影響，東邊界流流幅偏寬流速偏弱，由于從高緯流向低緯，東邊界流為寒流。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.1全球海洋上升流：當(dāng)海水向前流動時，受摩擦力和地轉(zhuǎn)作用的共同作用，會造成海水流向一側(cè)偏離（?？寺?yīng)），如果海流位于赤道，則海水在南北半球偏離方向不同會造成水平輻散，為彌補海水輻散造成的質(zhì)量損失，滿足力學(xué)平衡，深層海水會向表層輸運，從而形成上升流。不局限于赤道，當(dāng)海流沿陸地邊界流動時，也會出現(xiàn)輻散而引起上升流。海水上升需要克服巨大的重力位能，因此上升流一般非常弱，量級往往在毫米每秒以下，該上升流和潮汐引起的強上升流物理機理不同。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.2中國近海中國近海海溫分布特點由于中國近海南、北跨越溫帶、亞熱帶、熱帶，又受陸地和島嶼的環(huán)抱，溫度狀況的地區(qū)差異懸殊。渤海因水淺，封閉性較強，受大陸氣候影響顯著；加之注入渤海的河川徑流等影響，使渤海的溫、鹽分布及水文特征，具有相當(dāng)程度的孤立性和易變性。黃海北部，三面靠陸，易受大陸氣象的影響，溫度季節(jié)變化較大；黃海南部和東海，沿岸流系和外海流系交匯明顯，溫度狀況受海流影響較大；南海地處亞熱帶和熱帶，顯示若干熱帶深海的特征—終年高溫，地區(qū)差異和季節(jié)變化都小。中國近海溫度分布的基本特征：溫度自北向南逐漸遞增，其年較差卻由北向南逐漸減小。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.2中國近海類型月份原因特點冬季型12月至翌年3月太陽輻射最弱，為全年溫度最低季節(jié)表層水溫高于氣溫，沿岸陸地氣溫低于海上氣溫，沿岸水溫低，外海水溫高，等溫線密集，水平梯度大，等溫線分布大體與岸線平行，暖水舌與海流路徑一致夏季型6~8月太陽輻射最強，使中國近海表層水溫普遍升高，成為全年水溫最高的季節(jié)因氣溫高于水溫，沿岸水溫高于外海水溫，使表層水溫的地理分布較均勻，水平梯度小，等溫線分布規(guī)律不明顯；水溫南北地區(qū)差異?。灰虮韺釉鰷乜?，深層增溫慢，加之夏季對流、渦動混合弱，使水溫垂直分布出現(xiàn)較強的層化現(xiàn)象過渡型4~5月和9~10月春季為增溫期，秋季為降溫期溫度狀況復(fù)雜多變、且不穩(wěn)定，規(guī)律性差，在水溫垂直分布方面，增溫期間出現(xiàn)微弱的垂直梯度，有弱的分層現(xiàn)象；降溫期間，溫度垂直梯度減弱，上均勻?qū)雍穸仍龃?，溫躍層厚度下沉，溫躍層遭到破壞。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.2中國近海鹽度的分布與變化，主要取決于海區(qū)的鹽量平衡狀況。對于外海或大洋來講，影響鹽度的主要因子有蒸發(fā)與降水之差值、環(huán)流的強弱以及水團(tuán)的消長等。對于近岸海域，除上述因子外，江河入海徑流量的多少起著至關(guān)重要作用。空間分布的特點：表層低，深層高；近岸低，外海高；河口區(qū)最低，黑潮區(qū)最高。在渤、黃、東海，除夏季表層外，各層鹽度地理分布的總趨勢與冬季的溫度分布形勢基本相似，反映了海區(qū)流系的配置情況，與流系的分布相適應(yīng)。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.2中國近海海區(qū)平均鹽度分布特點渤海30.0中央、東部高、向北、西、南三面遞減的形勢黃海30.0~32.0鹽度狀況主要取決于黃海暖流高鹽水的消長，黃海暖流帶來的高鹽水，由南黃海沿黃海中央北上延伸，并西侵進(jìn)入渤海，高鹽水是由南向北凸出而西伸的。東海33.0（黑潮區(qū)34，長江口22.5以下）東海的鹽度分布取決于高鹽的黑潮水及低鹽的沿岸水的消長運動，等鹽線分布略呈西南—東北走向，西岸等鹽線極為密集，往東逐漸稀疏并分布均勻。西岸長江沖淡水于冬半年貼岸南下，在浙江沿岸形成帶狀低鹽區(qū)。南海34.0南海西邊界為亞洲大陸，入海河流眾多，尤其是南海北部沿岸，表層鹽度較低，等鹽線密集。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.2中國近海海流控制因子1）盛行于海域上空的季風(fēng)場，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)，盛行季風(fēng)對表層流影響較大；2）中國海沿岸有大量河川徑流入海，在當(dāng)?shù)匦纬梢缘望}為主要特征的沿岸流；3）來自大洋的黑潮，黑潮及其入侵水是中國海環(huán)流的主干，它給中國海帶來大量動量、熱量、鹽量和水量；4）潮流的非線性效應(yīng)，中國海是潮流十分顯著的海區(qū)，就渤、黃、東海而言，強潮流區(qū)的潮流流速，約為余流的10倍以上。；5）海區(qū)輪廓、形狀與地形，對環(huán)流的影響也十分重要。3.全球和區(qū)域溫鹽流時空特征3.2中國近海中國近海流系一是外來的洋流系統(tǒng)—黑潮及其分支和延伸體，也叫外海流系，具有高溫高鹽特性；二是當(dāng)?shù)厣傻暮Ａ鳌匕读骱惋L(fēng)生漂流，統(tǒng)稱沿岸流系，具有低鹽特性。除局部海域外，冬、夏兩季基本上相似，不會有大的變動。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識全球和區(qū)域溫鹽流時空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.1常用海洋預(yù)報模式及其特點POM模式POM（PrincetonOceanModel）由美國普林斯頓（Princeton）大學(xué)Blumberg和Mellor于1977年共同建立起來的一個三維斜壓原始方程數(shù)值海洋模式，后經(jīng)過多次修改成為今天的樣本，是被當(dāng)今國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的河口、近岸海洋模式。POM對于中國海的數(shù)值模擬研究也有巨大貢獻(xiàn)。FVCOM模式FVCOM（AnUnstructuredGrid,Finite-VolumeCoastalOceanModel）是由美籍華人陳長勝及其所領(lǐng)導(dǎo)的美國佐治亞大學(xué)海洋學(xué)院海洋生態(tài)動力學(xué)實驗室和美國麻省大學(xué)海洋科學(xué)和技術(shù)學(xué)院海洋生態(tài)模型實驗室人員于2000年成功建立的海洋環(huán)流與生態(tài)模型。該模式的主要特點是采用無結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格設(shè)計，用不重合的三角形單元將計算區(qū)域進(jìn)行劃分，每個三角形網(wǎng)格（element）由三個節(jié)點（node）、一個中心和三條邊組成，特別適合于重點目標(biāo)的精細(xì)化預(yù)報。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.1常用海洋預(yù)報模式及其特點HYCOM模式HYCOM是在美國邁阿密（MIAMI）大學(xué)等密度面坐標(biāo)海洋模式（MICOM）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該模式是原始方程全球海洋環(huán)流模式，在保留了MICOM等密度面坐標(biāo)優(yōu)點的同時，采用垂向混合坐標(biāo)（等密度坐標(biāo)、sigma坐標(biāo)和z坐標(biāo)的混合），從而可以在開闊的層化海洋中采用等密度面坐標(biāo)，然后平滑地過渡到淺海或陸架區(qū)域的隨地坐標(biāo)，在混合層或?qū)踊幻黠@的海域則采用z坐標(biāo)。MITgcm模式MITgcm模式是由麻省理工學(xué)院開發(fā)的大氣－海洋通用環(huán)流模式。它的全稱為MITGeneralCirculationModel，是一個被設(shè)計用來研究大氣、海洋和氣候的數(shù)值模式。它既可以用來模擬大氣現(xiàn)象又可以用來模擬海洋現(xiàn)象。大氣模式與海洋模式是由同一個流體動力學(xué)核心來運行的。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.1常用海洋預(yù)報模式及其特點NEMO模式NEMO是由法國麥卡托海洋預(yù)報中心、意大利歐洲地中海氣候變化研究中心、英國氣象局等機構(gòu)主導(dǎo)開發(fā)的海洋數(shù)值模式，可進(jìn)行區(qū)域至全球數(shù)值模擬，具備單雙向嵌套功能，包含LIM海冰、TKE、KPP、潮汐耗散等參數(shù)化過程，具有z，z-sigma等多種混合垂直坐標(biāo)，已廣泛應(yīng)用于多個國家海洋環(huán)境預(yù)報業(yè)務(wù)應(yīng)用。ROMS模式ROMS模式是近年來新發(fā)展起來的一個三維、自由海面和基于地形跟隨坐標(biāo)的非線性斜壓模式。ROMS包含多種物理和數(shù)值算法，以及一些對生物地球化學(xué)、生物光學(xué)、沉積物和海冰等方面應(yīng)用的耦合的模塊。它也包含多種垂向的混合方案以及多能級的嵌套和組合網(wǎng)格。垂向采用沿地形S坐標(biāo)，并提供多種坐標(biāo)變換方式，可以根據(jù)需要對特定水深進(jìn)行加密。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.2全球溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋模式NEMO（NucleusforEuropeanModellingoftheOcean）是由歐美數(shù)十個國家共同參與開發(fā)的先進(jìn)海洋數(shù)值模式，主要參與研發(fā)機構(gòu)有法國國家科學(xué)研究院、法國MercatorOcean、英國氣象局（MetOffice）、意大利CMCC。目前已廣泛應(yīng)用在法國、英國、意大利、加拿大等國的全球和區(qū)域預(yù)報系統(tǒng)中。目前NEMO除了包含基本溫鹽流數(shù)值模擬核心OPA之外，還具有：XIOS（并行輸出管理）、OASIS（氣候模式耦合器）、LIM（海冰數(shù)值模式）、TOP（海洋示蹤物分析系統(tǒng)）、PISCES（生物化學(xué)過程數(shù)值模擬）、Agrif（雙向嵌套模塊）、TAM（伴隨矩陣生成模塊）4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.2全球溫鹽流數(shù)值預(yù)報數(shù)據(jù)同化：集合卡爾曼濾波（EnKF）是一種在大氣海洋數(shù)值預(yù)報中得到廣泛應(yīng)用的Kalman濾波方法。使用ESTKF方法可以提供較高的并行計算效率。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.2全球溫鹽流數(shù)值預(yù)報國家海洋環(huán)境預(yù)報中心高分辨率全球海洋動力環(huán)境數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)自2014年5月啟動研發(fā)，歷時三年，至2017年9月完成業(yè)務(wù)化試運行。系統(tǒng)以1/12°全球NEMO模式為核心，集合濾波為主要同化手段，輔助以資料處理、作業(yè)運維、產(chǎn)品制作、系統(tǒng)監(jiān)控等多項技術(shù)手段保障系統(tǒng)正常無故障運行4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報NEMO全球9km高分辨率冰海耦合模式基于海洋環(huán)流數(shù)值模式NEMO和海冰數(shù)值模式LIM3的冰海耦合數(shù)值模擬系統(tǒng)；全球水平分辨率1/12度，分辨率2km~9km；水深地形采用DBDB2地形，垂向采用Z坐標(biāo)。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.3中國近海溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋模式ROMS包含準(zhǔn)確和有效的物理和數(shù)值算法，以及一些對生物地球化學(xué)、生物光學(xué)、沉積物和海冰等方面應(yīng)用的耦合的模式。它也包含一些垂向的混合方案，多能級的嵌套和組合網(wǎng)格。垂向采用沿地形S坐標(biāo)，并提供多種坐標(biāo)變換方式，可以根據(jù)需要對特定水深進(jìn)行加密。參數(shù)化方案豐富，并且可以提供海冰、生態(tài)、沉積物等模塊，可以實現(xiàn)與海浪和氣象模式耦合運行。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.3中國近海溫鹽流數(shù)值預(yù)報3DVAR數(shù)據(jù)同化EnOI數(shù)據(jù)同化4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報4.3中國近海溫鹽流數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)應(yīng)用現(xiàn)有中國近海業(yè)務(wù)化溫鹽流數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)基于ROMS模式進(jìn)行開發(fā)，2010年開始針對西北太平洋、北印度洋、黃東海、南海和渤海等五個區(qū)域開發(fā)溫鹽流數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)，采用大區(qū)（西太平洋）-中區(qū)（黃東海、南海）-小區(qū)（渤海）的依次單向嵌套方案，水平分辨率由5公里-3公里-1.5公里依次升高，其中大區(qū)和中區(qū)預(yù)報系統(tǒng)于2013年開始正式業(yè)務(wù)化運行，小區(qū)預(yù)報系統(tǒng)于2015年開始正式業(yè)務(wù)化運行。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報采用偏差訂正方案，整個預(yù)報訂正流程如下圖所示；該訂正方案已經(jīng)應(yīng)用與近岸城市預(yù)報、海島海溫預(yù)報、近岸基礎(chǔ)預(yù)報等，在近岸臺站的海海溫觀測數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)同化的基礎(chǔ)上再對預(yù)報產(chǎn)品進(jìn)行偏差訂正。預(yù)報時效均方根誤差0~24H0.1824~48H0.3748~72H0.50目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識全球和區(qū)域溫鹽流時空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報5.1FVCOM海洋模式近岸海區(qū)地形、岸線復(fù)雜，除了自然的河口、島嶼，還有許多人工構(gòu)筑物如堤壩、碼頭等，無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的模型可以更好地擬合岸線并能根據(jù)需要局部加密，容易滿足近岸海區(qū)精細(xì)化預(yù)報的要求。FVCOM的最新版本（Version4.0）包含了一系列可以選擇的功能模塊。這些模塊包括：（1）笛卡爾坐標(biāo)/球面坐標(biāo)系統(tǒng)模塊；（2）干濕處理模塊；（3）GOTM模塊/MY-2.5湍閉合模塊；（4）水質(zhì)模塊；海冰模塊；泥沙模塊；生物模塊；（5）數(shù)據(jù)同化模塊，如4-Dnudging、卡曼濾波等；（6）非靜力近似模塊；（7）浪流耦合模塊；（8）單、雙向嵌套模塊等。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報5.2數(shù)據(jù)同化松弛同化方法松弛同化也叫牛頓張弛逼近法，該方法在預(yù)報開始之前的一段時間內(nèi)，通過在一個或幾個預(yù)報方程中增加一個與預(yù)報和實況的差值成比例的虛假傾向，在可使用觀測資料的時段內(nèi)，使模式解逼近實測資料，并使變量之間達(dá)到動力協(xié)調(diào)，用這樣的模式解作為預(yù)報初值，以提高模式預(yù)報效果。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報5.2數(shù)據(jù)同化地波雷達(dá)資料的三維變分同化技術(shù)高頻地波雷達(dá)用于探測近岸大范圍的海面表面流，其探測距離可達(dá)300km，時間間隔高達(dá)十分鐘，在數(shù)值預(yù)報模式中，常用來同化海表流速，實際上可以看成是對風(fēng)應(yīng)力的一種修正，地波雷達(dá)同化的方法包括OI、nudging、卡曼濾波、變分等等方法，這里我們簡單介紹三維變分在地波雷達(dá)表層流速同化中的應(yīng)用。需要指出的是，理論上由于地波雷達(dá)觀測的僅僅是徑向流速，而沒有切向流速的信息，因此使用單顆地波雷達(dá)的徑向流速觀測資料無法反演出該顆地波雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)的二維表層流矢量場。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報5.3應(yīng)用實例大亞灣精細(xì)化預(yù)報模型海域劃分為非結(jié)構(gòu)的三角形網(wǎng)格單元，共21672個節(jié)點，41364個網(wǎng)格單元。進(jìn)行了局部區(qū)域加密，最小網(wǎng)格分辨率為100米，主要分布在重點研究區(qū)域和島嶼附近，外海開邊界附近分辨率較粗，以提高模型計算效率。表面強迫采用國家海洋預(yù)報中心WRF模式預(yù)報結(jié)果；開邊界采用TPXO全球潮汐產(chǎn)品得到的8個分潮M2,S2,N2,K2,K1,O1,P1,Q1調(diào)和計算水位；河流邊界輸入采用珠江氣候態(tài)月平均徑流資料；溫鹽初始場采用氣候態(tài)SODA資料；海表溫度采用Nudging方法對OISST數(shù)據(jù)進(jìn)行同化。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報5.3應(yīng)用實例大亞灣精細(xì)化預(yù)報模型分別給出大亞灣附近海域漲落潮時刻的流場圖和溫鹽預(yù)報圖。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識全球和區(qū)域溫鹽流時空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報6.1中尺度渦海洋中的渦旋，常常被稱作“海中風(fēng)暴”；與大尺度的大洋環(huán)流，諸如黑潮，灣流，親潮等相比，它的旋轉(zhuǎn)速度甚至可以高出一個量級，而生命周期則顯得十分短暫，只有幾十天；南海是中尺度渦最活躍的海域，也是預(yù)報需求最旺盛的區(qū)域，其中呂宋海峽附近和越南以東海域是南海渦旋活動最頻繁的兩個區(qū)域。冬季在呂宋島西北出現(xiàn)的呂宋冷渦、西南季風(fēng)期出現(xiàn)于越南以東的“偶極子”渦旋、一年四季在呂宋海峽口受黑潮影響而頻繁出現(xiàn)的暖渦以及暖渦-冷渦等，都是南海渦旋的典型過程。6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報6.1中尺度渦中尺度渦是海洋渦旋的一種，是具有天氣尺度的渦旋。一般意義上說，它并沒有嚴(yán)格的定義，但是具有如下特征：生命周期幾十天，水平尺度上百公里，垂向影響深度在幾百米甚至上千米。這樣的渦旋，一般稱其為“中尺度渦”。按照渦旋的極性，中尺度渦分為氣旋渦和反氣旋渦兩種。氣旋渦是逆時針旋轉(zhuǎn)的渦旋，中心往往對應(yīng)著上升流和冷中心，因此也稱“冷渦”；反氣旋渦是順時針旋轉(zhuǎn)的渦旋，中心往往對應(yīng)著下降流和暖中心，因此也稱為“暖渦”。6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報6.1中尺度渦診斷方法尺度渦的診斷一般基于SSHA（或SLA）或流速這2個要素進(jìn)行；預(yù)報中實際關(guān)注的中尺度渦要素包括：核心位置、渦區(qū)外圍（或者半徑、等價半徑）、極性、強度、旋轉(zhuǎn)速度、移動速度等。早期渦旋的診斷都集中在海表面，對水下的結(jié)構(gòu)的了解微乎其微。隨著ARGO資料的爆發(fā)式增長和數(shù)值模擬技術(shù)的快速發(fā)展，渦旋三維結(jié)構(gòu)越來越多的受到關(guān)注，但從算法上說，渦旋垂向結(jié)構(gòu)的診斷一般基于流速或者壓力異常進(jìn)行。6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報6.1中尺度渦預(yù)報產(chǎn)品示例基于中尺度渦的多年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過概率分析工具，我們可以設(shè)置這樣的中尺度渦望都四級劃分標(biāo)準(zhǔn)：

閾值級別發(fā)生概率振幅(cm)I≤1%≥21II[1%-5%)15-21III[5%-20%)10-15IV≥20%≤106.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報6.1中尺度渦針對專業(yè)用戶，我們可以給出點狀分布圖（圖左）。但是為了讓更多的用戶更直觀的看到分布情況，還可以進(jìn)行一種特殊的統(tǒng)計——網(wǎng)格統(tǒng)計。按照實際需求將統(tǒng)計區(qū)域劃分為多個網(wǎng)格區(qū)域，逐網(wǎng)格統(tǒng)計渦旋生成個數(shù)，然后通過不同的顏色標(biāo)識，可以一目了然的看到渦旋生成的密集區(qū)域（圖右）。