《基于粗粒度分析方法下的海洋全球环流能量谱》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2022-11-09
  • 卫星测高技术的出现使人们关注到100公里的中尺度涡流的普遍存在,它们是海洋中的天气系统类似物,通常被视为动能(KE)的光谱峰值。然而,对海洋空间尺度的理解大多来自于对小的“代表性”区域的傅里叶分析,不能捕捉到行星尺度上的大动态范围。罗切斯特大学的研究人员和合作者跳出框架思维,使用粗粒度方法首次量化了1000公里以上洋流的能量。在这个过程中,他们发现能量最大的是直径约9000公里的南极环极流(Antarctic Circumpolar Current)。
    该项目由美国国家科学基金会(U.S.National Science Foundation)支持,团队还包括来自罗马托尔韦加塔大学、利物浦大学和普林斯顿大学的研究人员。项目团队使用实验室开发的相同粗粒化技术,记录了在风与尺寸小于260公里的临时环流相互作用时发生的“涡灭”过程。该项目成果近期发表于《自然通讯》(Nature Communications)上。
    研究结果表明,粗粒化技术可以作为了解海洋环流的多尺度复杂性的新方法。该方法使研究人员更好地了解洋流在地球气候系统的关键调节因素上是如何发挥作用的。本质上,粗粒化分析让研究人员能够做到量化不同尺度洋流的结构和能量。这种新方法让科学家能够将洋流运动分成不同的尺度,比以往方法更简单,可以更精确和实用的定义洋流系统。(李亚清 编译)

  • 原文来源:https://beta.nsf.gov/news/researchers-go-outside-box-delineate-major-ocean
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  • 《基于谱分析的海洋中尺度运动的各向异性特征》

    • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
    • 编译者:张灿影
    • 发布时间:2020-03-26
    • 中尺度运动是旋转流体力学中旋转效应主导的最小尺度。现有研究表明,尺度从几十公里到几百公里不等的、遍布全球并占据海洋动能90%的海洋中尺度运动,在热量、可溶性碳、叶绿素、营养盐等物质与能量的输送和再分配过程中起着至关重要的作用。最近研究发现海洋中尺度运动存在显著地沿某个方向伸长的特征,然而受观测分辨率和现代湍流理论中各向同性假设的限制,当前对海洋中中尺度运动的各向异性特征的认识仍非常有限。 卫星高度计数据以其大覆盖、准同步、长时间连续观测的特性成为研究中尺度涡最有效的数据,它解决了传统的观测手段在观测时间上的不连续性和观测空间上的局限性。高度计观测对中尺度运动的研究的推动主要在两个方面:全球尺度上的涡旋识别和统计以及能量谱分析。目前,涡旋识别主要关注气旋或者反气旋的核心区域,不能有效的诊断中尺度过程的各向异性特征。使用谱分析的方法探究涡动能在波数空间的分布特征随方向的变化可以有效地诊断中尺度运动的各向异性特征。 基于卫星高度计观测数据和高分辨率模式数据,在全球尺度上分别计算沿纬向的径向的海表面高度波数谱,并进行比较分析。结果表明,纬向波数谱和径向波数谱斜率在中尺度波段存在显著的差异:在赤道地区,纬向波数谱斜率比径向波数谱斜率陡峭,而在高涡动能的东向强流系,径向波数谱斜率比纬向波数谱斜率陡峭。该差异具有普遍性,但是存在显著的区域变化。 结合中尺度运动的动力学分析发现,该差异与中尺度信号非线性发展过程密切相关。在赤道地区,表面强化的不稳定过程产生的中尺度信号在没有充分发展的情况下迅速被Rhines尺度捕捉,而线性不稳定过程产生的中尺度信号是倾向径向伸长的,更多涡动能在径向积累,表现在特定波数的径向的涡动能要比纬向的涡动能高,因此径向波数谱斜率比对应的纬向波数谱斜率平缓。在高涡动能的东向强流系,斜压不稳定产生的中尺度信号得到充分地非线性发展,背景流对其充分拉伸,整体呈现出沿纬向伸长的特征,因此更多的涡动能在纬向积累,表现在特定波数的纬向涡动能要比径向涡动能高,因此纬向波数谱斜率比对应的径向波数谱斜率平缓。 虽然传统的高度计观测揭示了令人意想不到的海洋中尺度湍流特性,但是其空间分辨率仍有限,只能捕捉到较大尺度的中尺度过程,对尺度较小的中尺度和亚中尺度运动描述能力有限。中尺度运动的各向异性特征应与其边缘的亚中尺度运动密切相关。因此,宽带SWOT观测资料能进一步推动中尺度运动各向异性特征的研究。另外,超高分辨率的数值模拟可以用来进一步探究中尺度运动的各向异性特征。 摘自:全球海洋科技发展动态2020年第二期 王世红 编译
  • 《全球简单海洋资料同化分析系统(SODA)》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:mall
    • 发布时间:2017-03-14
    • SODA 海洋数据集由全球简单海洋资料同化分析系统(Simple Ocean Data Assimilation)产生,该系统是美国马里兰大学(University of Maryland)于20 世纪 90 年代初开始开发的分析系统,其目的是为气候研究提供一套与大气再分析资料相匹配的海洋再分析资料。SODA海洋数据集包含的变量有温度、盐度、海流速度、海表风应力、两套海洋热含量数据(分别为海洋上层0~500 m热含量和海洋上层 0~125 m热含量)、海平面高度等。 SODA分析系统最初采用的是美国地球物理流体力学实验室(GFDL)的海洋模式MOM2,后来又引入了以POP 数值方法和 SODA 程序为基础的全球海洋环流模式(General Circulation Ocean Mode1)。该系统用于同化分析的温度和盐度廓线数据多达 7×10^6个,其中 2/3 来自世界海洋数据库 (World Ocean Data-base), 其 他 来 自 美 国 国 家 海 洋 地 理 数 据 中 心(NODC)的实测温度廓线数据、大西洋热带-海洋浮标组群(TAO/Triton)和全球海洋观测网(ARGO)的观测数据、综合海气数据集(COADS)的混合层温度数据、NCEP/NCAR(1948~2004 年)或 EC-MWF(1958~2001 年)的再分析海表风场数据、全球降水气候计划(GPCP)的月平均降水通量数据、卫星海平面测高仪测得的海平面高度和改进的红外甚高分辨率辐射仪(AVHRR)测得的海表温度数据等。 目前已更新到SODAVersion 3。 网站链接: http://www.atmos.umd.edu/~ocean/