作者kuanmin (牛奶鱼)
看板EarthScience
标题(转贴) 海洋物理
时间Thu Aug 7 17:15:50 2003
3、阿尔戈(Argo)与伊阿宗(Jason)
剖面浮标观测网和卫星高度计之间有着特殊的关系。选择“Argo”这个名称就是为了强调由美国国家航空与航天局(NASA)和法国国家空间中心(CNES)将要发射的新一代卫星高度计的联系。正如在希腊神话中伊阿宗(Jason)缩。右边第二项可根据浮率领其他英雄寻找金羊毛乘坐的船名为“阿尔戈(Argo)”所完成的史诗般的海上航行一样,Jason高度计也需要现代的Argo来配合才能成功地完成它的历史使命。
剖面浮标和高度计的结合可以帮助人们全面动态描述海平面高度及其次表层的成因。海面高度的变化可以表述为:
式中h'是海面高度,ρ是海水密度(温度、盐度和压力的函数),p是压力,g是重力加速度,符号‘′’表示由时间平均的距平。方程式左边的值是由高度计测得,右边的第一项(即动力高度)可直接根据浮标剖面资料计算获得,这一项主要测量由於海水特性(如水柱热膨胀)改变而导致的水柱膨胀或收标在剖面间的相应参考深度处漂移期间的参考速度获得。大尺度的漂移可用地转平衡式表示:
式中f是寇里奥利力参数,u是漂移速度。因此漂移速度可以通过计算参考深度处(相应於参考压力pref )的水平压力梯度获得。式(1)中的压力项用来测量参考深度以上海水质量的变化,这与海洋环流中的风生分量有关。因此,对在大尺度空间范围内的浮标和高度计数据,其综合测量就能了解与密度和质量场有关的变化量,正是这种变化构成了整个海平面的变化。
仅靠同化测高高度模式还不能将海平面变化精确地划分为密度和参考压力的变化,也不能精确地估计密度随深度的分布,而海洋的动力过程及其演变完全取决於次表层结构。因此,次表层观测网是整个观测系统中必不可少的组成部分。先进的资料同化技术是一个十分有用的工具,但是它受到精确类比和预报初始化资料的严格限制。
4、实施Argo计画的目标
Argo将提供全球海洋2000米深度以上的次表层温、盐度资料。WOCE计画也曾进行过全球海洋观测,但其花了7年时间、动用了大量船只,才得以完成全球的观测任务。而Argo计画实际上是一个即时的、海洋上层的WOCE计画,它将每隔10天提供一组全球海洋状态的资料。
Argo计画的预期目标分三个方面。(1)明显增进人们对海洋基本知识(如海洋的结构、环流、质量和热、盐平衡等)的认识和了解。 众所周知,全球次表层温、盐度气候学说存在误差和统计变化。热量和淡水储量的时间序列可以从全球范围的基础上获得,同时也可知道全球温跃层和中层水团的结构和体积。Argo将观测海洋中从年际到十年间变化的主要现象(如ENSO的海洋反应、太平洋的十年涛动和北大西洋涛动等),使之能对大尺度大洋环流,也包括海洋内部的质量、热量和淡水输送平均状况和变化过程进行全球性描述。(2)与模拟和同化有关。Argo
将为资料同化建立一个前所未有的资料库,从而可以帮助人们揭示当今海洋的物理状态,以及对预报模式进行初始化。即时的全球海洋业务预报亦将变为现实。这个资料库还将经受新一代全球海洋和耦合模式的连续性测试。因此,没有它就不可能对已有的模式进行改进。通过观测变化的耦合模式的海洋分量,有助於提高相应的预测大气变化的能力。(3)与上面提到的Argo和Jason高度计之间的协同作用有关。高度计和浮标这两种测量系统间的互补性和配合使用,要比利用单一的观测系统评估海洋状态更精确。
5、Argo浮标观测网设计
Argo观测网的设计要在全球观测网的需求和实际条件的限制之间进行平衡。在许多海区,用於统计海洋变化的资料十分稀少,因此在设计次表层观测网时需要考虑到多种因素的变化。最终,Argo观测网选择了每隔3个经纬度放置一个浮标。考虑的因素主要有:
(1)早期和现有浮标的研究。在WOCE计画实施期间,曾在热带太平样和南太平洋上放置了300个浮标。这个巨大的水域几乎占了全球海洋的一半面积。Davis(1998)发现,这些稀疏的资料集足以绘出五年期间平均的中层海洋环流图,但却无法获得中层海洋环流的时间演变图。然而,Argo观测网在此海域将施放比WOCE计画多5倍的浮标,这将足以精确地反映出该海域温、盐度和环流的季变化和年际变化图。最近在大西洋中开展的大密度剖面浮标实验进一步强调,在强杂讯的中尺度涡流场区域,需要大量的浮标覆盖,以便观测大尺度的变化。
(2)现有的上层海洋热量观测网。为了应用XBT资料集估算必要的统计场,人们已经进行了大量的观测网设计研究工作。利用间隔数百公里布设的观测网足以测定海洋表层的热储量,对以季为时间尺度、边长为1000km的水域来说,其观测精度可达10w负m2。这使得温度波动年际变化的观测精度可达到3w负m2左右。如果结合使用温度剖面资料和高度计资料,则其精度会更高。在观测海洋状态从季节到年际间的变化过程中,这些误差范围的变动会产生很强的信噪比。热储量的测量除了其固有的意义外,还能对大气及耦合模式中的海-气热交换提供更为有效的限制条件
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