基于MOM4海洋模式的卫星资料同化方案的改进及评估

摘要

海洋气象研究特别是业务预报中对卫星遥感观测资料的应用已经越来越引起人们的关注和重视。目前国内气候业务同化系统中对于遥感观测资料的应用基本是空白。稀疏的，时空非连续的浮标观测资料使我们能得到的海洋信息极为有限也很片面，难以在资料同化中有效优化数值模式。因此本文发展了国家气候中心新一代海洋资料同化系统(BCC_GODAS_2.0)，重点关注卫星遥感资料的同化方法，并且评估其对气候模拟的影响。 本文针对卫星遥感海表温度资料的特点设计了一套质量控制方案，通过数据稀疏化、位置检查、范围检查和空间一致性检查四步的质量控制，将不合理的海温值进行了剔除。分别用AVHRR海表温度和FY-3海表温度进行了质量控制试验，通过和NOAA/NASA同类质量控制方案进行对比验证，表明了本文的质量控制方案能有效的剔除了不合理的海温值，保证了进入同化系统的观测资料的质量。 本文发展了国家气候中心新一代海洋资料同化系统(BCC_GODAS_2.0)，重点考虑卫星高度计资料和卫星遥感海表温度资料的协调同化。同化方案中对高度计资料的同化构造动力约束关系，将海表动力高度进行垂向投影；利用了海表动力高度和温盐的关系，将观测的海表温度作为一个强约束引入到代价函数中，动力高度的计算可以部分改善单纯由卫星高度计资料计算的海面高度的固有偏差，从而达到优化海洋温盐分布的目的。 利用MOM4模式和BCC_GODAS_2.0进行了全球的5年资料同化试验，分别用TAO、OISST和SODA数据集检验同化效果。试验结果证明，通过对卫星遥感资料的同化能够有效改进对海洋温度和盐度的估计。海洋表层的月平均温、盐度的总均方根误差相对同化前分别提高了0.67℃和0.2psu。

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第一章绪论

1.1资料同化的概念与方法分类

1.2资料同化的发展历史

1.3海洋资料同化中主要的卫星遥感资料

1.4海洋卫星资料同化研究现状

1.4.1卫星高度计

1.4.2卫星海表温度

1.5本文研究的目的，难点及创新点

1.5.1研究目的

1.5.2研究难点及创新点

1.6本文章节安排

第二章模式和资料

2.1 MOM4模式

2.2观测资料

第三章质量控制试验

3.1质量控制的意义

3.2卫星遥感海表温度质量控制试验

3.3小结

第四章BCC_GODAS2.0海洋资料同化系统

4.1引言

4.2 BCC_GODAS2.0海洋资料同化系统

4.2.1同化系统结构

4.2.2同化方案介绍

4.3小结

第五章 同化结果分析

5.1对比资料及插值计算

5.1.1 SODA再分析资料

5.1.2 NCEP/NCAR OISST v2.资料

5.1.3 TOGA-TAO/TRITON浮标资料

5.1.4插值计算

5.2温度分析

5.2.1表层海温

5.2.2垂向海温

5.2.3均方根误差

5.3盐度分析

5.3.1表层盐度

5.3.2次表层盐度

5.3.3均方根误差

5.4 Ni(n)o1～4区的海表温度异常

5.5印度洋偶极子指数

5.6小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

论文附图