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南海中层流速估计与数据同化

Argo轨迹,中层流,海洋资料同化

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.31 大气海洋数据同化新理论、新方法及其应用

在南海（SCS），中深层洋流是三维（3D）环流的重要组成部分，对水团更新、物质循环和能量平衡具有关键影响。然而，准确表征其环流结构仍面临挑战，这主要源于观测数据匮乏及数值模型精度有限。近年来，基于Argo轨迹推导出的流速为评估和优化数值模型提供了宝贵见解。本研究利用来自Argo漂流浮标轨迹和潜标观测的中层速度数据，针对三大主流海洋再分析产品——海洋再分析系统5（ORAS5）、全球海洋再分析与模拟（GLORYS）以及简易海洋数据同化（SODA）——在模拟南海中深层洋流方面的表现进行了评估。在1000米深度处，绝大多数（>70%）模拟速度值低于基于Argo数据推导出的值。参照潜标数据，在研究区域内水深>1200 m的区域中，80%存在流速低估现象。



为缓解模拟南海中层环流时的系统偏差，本文开发了基于ROMS I4D-Var框架的多源观测数据同化系统。在该系统中，2022年5月将基于Argo轨迹推导出的流速与卫星观测数据及原位剖面数据（简称EXP3）一同进行了同化。结果表明，同化基于Argo轨迹推导出的流速通过减少随机误差，显著改善了南海中层环流的模拟效果。绝对流速的均方根误差（RMSE）从5 cm/s降至3 cm/s。值得注意的是，流向精度也取得了显著提升，流向模拟良好的数据点比例从26%上升至66%。此外，EXP3 成功纠正了吕宋海峡的垂直流异常，再现了太平洋与南海之间水体交换的“三明治”模式。这些发现凸显了 Argo 轨迹对于深化我们对南海三维环流理解的重要性。