2017年 第39卷 第12期
2017, 39(12): 1-11.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.001
摘要:
深海热液流体与周围海水之间存在明显的物理和化学差异，通过检测海水的位温浊度异常是探测深海热液活动的重要手段之一。本文采用"海底火山带项目（Submarine Ring of Fire 2002）"拖曳式温盐深测量仪数据资料，研究了东北太平洋Explorer Ridge热液场的水文特征及物质能量通量的释放。结果表明Explorer Ridge热液场热液羽状流中性浮力层所在深度范围约为1 600~1 900 m，距离海底的高度约为200 m，最大位温、盐度和浊度异常分别为0.04℃、0.004和0.18 NTU；中性浮力层热液羽状流帽呈椭圆结构，其长轴与洋中脊线重合，羽状流帽总面积约为27 km2；热液羽状流在中性层范围内存在明显的分层现象，通过经验公式计算得到Explorer Ridge热液场观测范围内热液喷口的总的浮力通量为6.19×10-2 m4/s3，平均值为2.063×10-2 m4/s3；总的体积通量为9.884×10-2 m3/s，平均值为3.295×10-2 m3/s；总的热通量为194.9 MW，平均值为64.967 MW。
深海热液流体与周围海水之间存在明显的物理和化学差异，通过检测海水的位温浊度异常是探测深海热液活动的重要手段之一。本文采用"海底火山带项目（Submarine Ring of Fire 2002）"拖曳式温盐深测量仪数据资料，研究了东北太平洋Explorer Ridge热液场的水文特征及物质能量通量的释放。结果表明Explorer Ridge热液场热液羽状流中性浮力层所在深度范围约为1 600~1 900 m，距离海底的高度约为200 m，最大位温、盐度和浊度异常分别为0.04℃、0.004和0.18 NTU；中性浮力层热液羽状流帽呈椭圆结构，其长轴与洋中脊线重合，羽状流帽总面积约为27 km2；热液羽状流在中性层范围内存在明显的分层现象，通过经验公式计算得到Explorer Ridge热液场观测范围内热液喷口的总的浮力通量为6.19×10-2 m4/s3，平均值为2.063×10-2 m4/s3；总的体积通量为9.884×10-2 m3/s，平均值为3.295×10-2 m3/s；总的热通量为194.9 MW，平均值为64.967 MW。
2017, 39(12): 12-19.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.002
摘要:
在波浪水槽中采用格栅振动的方式产生湍流，研究振动格栅产生湍流的特征。本文开展了4类实验，调节测量点到格栅平均位置的距离、格栅振动频率、振动冲程，采用ADV测量水体中单点的脉动速度。实验结果显示，湍流强度在一定范围内随离格栅距离的增大而逐渐减小，随着振动频率的增大而呈幂指数增大，随着振动冲程的增大而呈幂指数增大。同时还比较了两个不同格栅产生湍流的不同。结果显示，在波浪水槽中，振动格栅产生湍流的强度还与格栅的长度尺寸有关，这与在水箱中振动格栅产生湍流的特征不同。
在波浪水槽中采用格栅振动的方式产生湍流，研究振动格栅产生湍流的特征。本文开展了4类实验，调节测量点到格栅平均位置的距离、格栅振动频率、振动冲程，采用ADV测量水体中单点的脉动速度。实验结果显示，湍流强度在一定范围内随离格栅距离的增大而逐渐减小，随着振动频率的增大而呈幂指数增大，随着振动冲程的增大而呈幂指数增大。同时还比较了两个不同格栅产生湍流的不同。结果显示，在波浪水槽中，振动格栅产生湍流的强度还与格栅的长度尺寸有关，这与在水箱中振动格栅产生湍流的特征不同。
2017, 39(12): 20-31.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.003
摘要:
利用调查数据及遥感数据揭示了2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化特征，温跃层上界深度平均值春、夏、冬季基本一致，介于45~47 m之间，秋季最大，达60 m；温跃层厚度平均值夏、秋、冬季基本一致，介于85~87 m之间，春季相对较小，为78 m。温跃层强度平均值春、夏、秋、冬季几乎一致，介于0.13~0.15℃/m之间。调查海域温跃层上界深度季节变化的形成机理为：春季西深东浅的原因是西部受净热通量较小、大风速、负的风应力旋度以及中南半岛东部外海的中尺度暖涡和反气旋环流共同作用，东部近岸海域净热通量高值、风速相对较小及风应力旋度引起的Ekman抽吸效应共同控制；夏季深度分布较均匀的原因是10°N以北风致涡动混合强但受Ekman抽吸影响，10°N以南风致涡动混合弱但风应力旋度为负值；秋季深度较其他季节平均加深15 m的原因是南沙群岛海域被暖涡占据，暖涡引起的反气旋式环流使得温跃层上界深度被海水辐聚下压；冬季正的风应力旋度产生的Ekman抽吸和冷涡引起的气旋式环流共同作用，使得温跃层上界深度较秋季平均抬升15 m。
利用调查数据及遥感数据揭示了2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化特征，温跃层上界深度平均值春、夏、冬季基本一致，介于45~47 m之间，秋季最大，达60 m；温跃层厚度平均值夏、秋、冬季基本一致，介于85~87 m之间，春季相对较小，为78 m。温跃层强度平均值春、夏、秋、冬季几乎一致，介于0.13~0.15℃/m之间。调查海域温跃层上界深度季节变化的形成机理为：春季西深东浅的原因是西部受净热通量较小、大风速、负的风应力旋度以及中南半岛东部外海的中尺度暖涡和反气旋环流共同作用，东部近岸海域净热通量高值、风速相对较小及风应力旋度引起的Ekman抽吸效应共同控制；夏季深度分布较均匀的原因是10°N以北风致涡动混合强但受Ekman抽吸影响，10°N以南风致涡动混合弱但风应力旋度为负值；秋季深度较其他季节平均加深15 m的原因是南沙群岛海域被暖涡占据，暖涡引起的反气旋式环流使得温跃层上界深度被海水辐聚下压；冬季正的风应力旋度产生的Ekman抽吸和冷涡引起的气旋式环流共同作用，使得温跃层上界深度较秋季平均抬升15 m。
2017, 39(12): 32-41.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.004
摘要:
基于历史海温数据和台风路径数据，研究了厄尔尼诺/拉尼娜（El Niño/La Niña）背景下7月份中国近海海温变化特征。结果表明：7月黄、东海海温异常与El Niño/La Niña有显著相关关系，OISST和GODAS海温数据与Niño3指数同步相关系数分别为-0.32和-0.45。El Niño年7月，黄、东海海表温度异常低于-0.5℃的概率超过60%；La Niña年7月，黄海海温异常高于0.5℃的概率约有60%；正常年7月，海温异常的空间分布与El Niño年相反，但量值偏低。El Niño年7月，中国近海及邻近区域大气异常能够给局地带来更多降水；同时，受El Niño背景场的影响，入侵黄、东海的台风强度更强、影响时间更长。大尺度的降水和台风活动的影响是导致黄、东海海温异常降低的重要原因。因此，分析和预测7月份中国近海海温异常，在充分考虑El Niño/La Niña背景场的基础上，需要结合局地的大尺度降水和台风的影响同时分析，这为特定背景下结合不同时间尺度上的因素共同分析中国近海海温变化提供了一种思路。
基于历史海温数据和台风路径数据，研究了厄尔尼诺/拉尼娜（El Niño/La Niña）背景下7月份中国近海海温变化特征。结果表明：7月黄、东海海温异常与El Niño/La Niña有显著相关关系，OISST和GODAS海温数据与Niño3指数同步相关系数分别为-0.32和-0.45。El Niño年7月，黄、东海海表温度异常低于-0.5℃的概率超过60%；La Niña年7月，黄海海温异常高于0.5℃的概率约有60%；正常年7月，海温异常的空间分布与El Niño年相反，但量值偏低。El Niño年7月，中国近海及邻近区域大气异常能够给局地带来更多降水；同时，受El Niño背景场的影响，入侵黄、东海的台风强度更强、影响时间更长。大尺度的降水和台风活动的影响是导致黄、东海海温异常降低的重要原因。因此，分析和预测7月份中国近海海温异常，在充分考虑El Niño/La Niña背景场的基础上，需要结合局地的大尺度降水和台风的影响同时分析，这为特定背景下结合不同时间尺度上的因素共同分析中国近海海温变化提供了一种思路。
2017, 39(12): 42-52.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.005
摘要:
南极布兰斯菲尔德海峡及周边区域是南极大陆火山、地震等新构造活动最活跃的地区，与南设得兰海沟、南设得兰群岛一同构成南极大陆边缘现存唯一的"沟-弧-盆"构造体系。本文基于"雪龙"船第28、第30航次实测数据及两个航次的国际共享资料，利用均衡改正数据处理方法获得布兰斯菲尔德海峡的莫霍面深度及其分布规律，分析深部构造-断裂的区域分布及其重力异常特征等。布兰斯菲尔德海峡内的空间重力异常呈条带状分布，走向总体与地形相近，布格重力异常则由两侧向中间升高，大致在坡折处形成异常场值为100×10-5 m/s2的分界线，在中央次海盆和东部次海盆海山处形成两个异常高值圈闭，异常值最高为150×10-5 m/s2。莫霍面深度以弧后扩张中心为最低值，向南设得兰群岛和南极半岛两个方向递增，深度从12 km递增至陆坡位置的24 km。
南极布兰斯菲尔德海峡及周边区域是南极大陆火山、地震等新构造活动最活跃的地区，与南设得兰海沟、南设得兰群岛一同构成南极大陆边缘现存唯一的"沟-弧-盆"构造体系。本文基于"雪龙"船第28、第30航次实测数据及两个航次的国际共享资料，利用均衡改正数据处理方法获得布兰斯菲尔德海峡的莫霍面深度及其分布规律，分析深部构造-断裂的区域分布及其重力异常特征等。布兰斯菲尔德海峡内的空间重力异常呈条带状分布，走向总体与地形相近，布格重力异常则由两侧向中间升高，大致在坡折处形成异常场值为100×10-5 m/s2的分界线，在中央次海盆和东部次海盆海山处形成两个异常高值圈闭，异常值最高为150×10-5 m/s2。莫霍面深度以弧后扩张中心为最低值，向南设得兰群岛和南极半岛两个方向递增，深度从12 km递增至陆坡位置的24 km。
2017, 39(12): 53-62.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.006
摘要:
目前琼东南盆地北礁凹陷中中新统梅山组顶部丘形反射引起广泛关注，但对其成因有不同认识。本文通过高精度二维、三维地震、钻井资料，研究丘形反射的特征。研究表明北礁地区梅山组顶部发育近东西向展布的长条形丘体，丘间为水道，丘内为中-弱振幅的地震反射，与西南部强振幅水道砂岩形成鲜明的对比，波阻抗反演揭示丘内为低波阻抗，属泥岩范畴。梅山组塑性丘内地层发生重力扩展，在其上覆的脆性地层（强振幅砂岩和弱振幅泥岩）发育多边形断层，反推出梅山组形成于深水环境，丘为泥丘，沉积环境分析也认为北礁凹陷中中新世为半深海沉积，梅山组的丘-谷分别对应上覆地层的谷-丘，认为是底流剥蚀/沉积成因。本文的研究对南海北部丘形反射的认识有重要意义，并可降低油气探勘风险。
目前琼东南盆地北礁凹陷中中新统梅山组顶部丘形反射引起广泛关注，但对其成因有不同认识。本文通过高精度二维、三维地震、钻井资料，研究丘形反射的特征。研究表明北礁地区梅山组顶部发育近东西向展布的长条形丘体，丘间为水道，丘内为中-弱振幅的地震反射，与西南部强振幅水道砂岩形成鲜明的对比，波阻抗反演揭示丘内为低波阻抗，属泥岩范畴。梅山组塑性丘内地层发生重力扩展，在其上覆的脆性地层（强振幅砂岩和弱振幅泥岩）发育多边形断层，反推出梅山组形成于深水环境，丘为泥丘，沉积环境分析也认为北礁凹陷中中新世为半深海沉积，梅山组的丘-谷分别对应上覆地层的谷-丘，认为是底流剥蚀/沉积成因。本文的研究对南海北部丘形反射的认识有重要意义，并可降低油气探勘风险。
2017, 39(12): 63-73.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.007
摘要:
开展海上复杂断块油田储层流动单元研究对刻画储层连通程度、剩余油的分布情况有着十分重要的实际意义。以北部湾A油田A1/A5断块为例，首先对复合砂体内单砂体的识别来建立流动单元研究的精细地质格架，然后结合断层封闭性、隔夹层分布、砂体接触关系所形成的渗流屏障进行流动单元划分。利用主成分分析和相关性分析的方法进行参数优选，确定孔隙度、泥质含量、渗流系数作为研究区流动单元分类的主要参数，并通过神经网络聚类分析将流动单元分为3类。在单井、剖面、平面流动单元展布研究的基础上，运用截断高斯模拟方法建立流动单元三维地质模型。结果表明：Ⅰ类流动单元具有最好的储渗能力，所钻油井累计产量比较高，但分布范围局限，成土豆状分布于水下分流河道中心部分；Ⅱ类分布范围最广，储渗能力较好，分布在水下分流河道微相中，剩余油分布较多，通过调整挖潜可以开发其生产潜力；Ⅲ类大多成条带状分布，主要位于水下溢岸砂沉积部位，储渗能力最差，产量很低，其开发潜力也比较差。
开展海上复杂断块油田储层流动单元研究对刻画储层连通程度、剩余油的分布情况有着十分重要的实际意义。以北部湾A油田A1/A5断块为例，首先对复合砂体内单砂体的识别来建立流动单元研究的精细地质格架，然后结合断层封闭性、隔夹层分布、砂体接触关系所形成的渗流屏障进行流动单元划分。利用主成分分析和相关性分析的方法进行参数优选，确定孔隙度、泥质含量、渗流系数作为研究区流动单元分类的主要参数，并通过神经网络聚类分析将流动单元分为3类。在单井、剖面、平面流动单元展布研究的基础上，运用截断高斯模拟方法建立流动单元三维地质模型。结果表明：Ⅰ类流动单元具有最好的储渗能力，所钻油井累计产量比较高，但分布范围局限，成土豆状分布于水下分流河道中心部分；Ⅱ类分布范围最广，储渗能力较好，分布在水下分流河道微相中，剩余油分布较多，通过调整挖潜可以开发其生产潜力；Ⅲ类大多成条带状分布，主要位于水下溢岸砂沉积部位，储渗能力最差，产量很低，其开发潜力也比较差。
2017, 39(12): 74-89.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.008
摘要:
为了揭示冲绳海槽西南端流纹岩成因，利用电子探针和LA-ICP-MS对该流纹岩中角闪石进行了主量和微量元素测定。所有角闪石主量元素成分变化范围小，晶体化学特征主要表现为：CaB>1.60，CaA=0，（Na+K）A<0.33，NaB介于0.23~0.39之间，均为钙质镁闪石。微量元素以富集Sc、V、Cr、Co、Ni和REE，亏损Rb、Sr、Ba、Zr、Th、U和Pb为特征，这些元素的富集与亏损与复杂的类质同象作用有关。由角闪石温压计得出其结晶时的温度范围为775~839℃，压力为0.12 GPa，大致相当于4 km的深度。角闪石的成因矿物学研究显示该流纹岩中角闪石为壳-幔混合成因，进一步表明冲绳海槽南部流纹岩由幔源玄武质岩浆与壳源长英质岩浆混合形成的中基性岩浆在浅层岩浆房中结晶分异而形成，且壳幔混合源很可能是冲绳海槽西南端火山岩岩浆的主要来源。
为了揭示冲绳海槽西南端流纹岩成因，利用电子探针和LA-ICP-MS对该流纹岩中角闪石进行了主量和微量元素测定。所有角闪石主量元素成分变化范围小，晶体化学特征主要表现为：CaB>1.60，CaA=0，（Na+K）A<0.33，NaB介于0.23~0.39之间，均为钙质镁闪石。微量元素以富集Sc、V、Cr、Co、Ni和REE，亏损Rb、Sr、Ba、Zr、Th、U和Pb为特征，这些元素的富集与亏损与复杂的类质同象作用有关。由角闪石温压计得出其结晶时的温度范围为775~839℃，压力为0.12 GPa，大致相当于4 km的深度。角闪石的成因矿物学研究显示该流纹岩中角闪石为壳-幔混合成因，进一步表明冲绳海槽南部流纹岩由幔源玄武质岩浆与壳源长英质岩浆混合形成的中基性岩浆在浅层岩浆房中结晶分异而形成，且壳幔混合源很可能是冲绳海槽西南端火山岩岩浆的主要来源。
2017, 39(12): 90-97.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.009
摘要:
鲐鱼（Scomber japonicus）是栖息在西太平洋沿岸的中上层鱼类，了解其栖息地分布及其与海洋环境因子的关系有助于合理开发和管理该资源。本文根据2003-2011年7-9月中国东海鲐鱼的生产数据，采用正态分布函数分别构建海表面温度（sea surface temperature，SST）、海表温梯度（gradient of sea surface temperature，GSST）和海表面高度（sea surface height，SSH）与作业次数的适应性指数（suitability index，SI），基于不同权重的算术平均法（arithmetic weighted model，AWM）分别建立栖息地指数（habitat suitability index，HSI）模型，并用2012年7-9月生产数据进行验证。结果显示，7、8、9月各月最佳HSI模型的SST、STG和SSH的权重分别为0.5、0.25、0.25，0.8、0.1、0.1和0、1.0、0，利用2012年7-9月生产数据与环境数据对各月份最佳权重HSI模型进行验证，在HSI>0.6的海域，7、8、9月各月作业次数比重和产量比重分别为85.87%和92.55%，76.74%和86.69%，51.83%和56.11%。研究表明，不同月份的环境因子对鲐鱼渔场分布的影响程度不同，本研究为更好地预测鲐鱼栖息地奠定了基础。
鲐鱼（Scomber japonicus）是栖息在西太平洋沿岸的中上层鱼类，了解其栖息地分布及其与海洋环境因子的关系有助于合理开发和管理该资源。本文根据2003-2011年7-9月中国东海鲐鱼的生产数据，采用正态分布函数分别构建海表面温度（sea surface temperature，SST）、海表温梯度（gradient of sea surface temperature，GSST）和海表面高度（sea surface height，SSH）与作业次数的适应性指数（suitability index，SI），基于不同权重的算术平均法（arithmetic weighted model，AWM）分别建立栖息地指数（habitat suitability index，HSI）模型，并用2012年7-9月生产数据进行验证。结果显示，7、8、9月各月最佳HSI模型的SST、STG和SSH的权重分别为0.5、0.25、0.25，0.8、0.1、0.1和0、1.0、0，利用2012年7-9月生产数据与环境数据对各月份最佳权重HSI模型进行验证，在HSI>0.6的海域，7、8、9月各月作业次数比重和产量比重分别为85.87%和92.55%，76.74%和86.69%，51.83%和56.11%。研究表明，不同月份的环境因子对鲐鱼渔场分布的影响程度不同，本研究为更好地预测鲐鱼栖息地奠定了基础。
2017, 39(12): 98-108.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.010
摘要:
在寒区海域，冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一，由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应，本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元（DEM）-有限元（FEM）耦合模型。采用具有黏接-破碎性能的等粒径球体离散单元对海冰的破碎特性进行模拟，通过由梁单元构建的海洋平台有限元模型获得结构的振动响应。在离散元与有限元的接触区域中实现了两个模型间计算参数的传递。为提高该耦合模型的计算效率和规模，发展了基于动力子结构方法的DEM-FEM耦合模型。为验证该耦合模型的有效性和可行性，将不同冰况下得到的冰荷载与ISO19906和JTS 144-1-2010标准进行了对比。结果表明，计算得到的冰荷载与标准相近，且冰厚与冰荷载呈二次非线性关系。同时，从冰速和冰厚两方面对比了渤海四桩腿JZ20-2 MUQ锥体导管架平台冰激振动加速度的数值结果和现场实测数据，发现冰速与振动加速度呈线性关系，冰厚与振动加速度呈二次非线性关系，并且振动加速度与冰速和冰厚平方的乘积呈线性关系。
在寒区海域，冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一，由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应，本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元（DEM）-有限元（FEM）耦合模型。采用具有黏接-破碎性能的等粒径球体离散单元对海冰的破碎特性进行模拟，通过由梁单元构建的海洋平台有限元模型获得结构的振动响应。在离散元与有限元的接触区域中实现了两个模型间计算参数的传递。为提高该耦合模型的计算效率和规模，发展了基于动力子结构方法的DEM-FEM耦合模型。为验证该耦合模型的有效性和可行性，将不同冰况下得到的冰荷载与ISO19906和JTS 144-1-2010标准进行了对比。结果表明，计算得到的冰荷载与标准相近，且冰厚与冰荷载呈二次非线性关系。同时，从冰速和冰厚两方面对比了渤海四桩腿JZ20-2 MUQ锥体导管架平台冰激振动加速度的数值结果和现场实测数据，发现冰速与振动加速度呈线性关系，冰厚与振动加速度呈二次非线性关系，并且振动加速度与冰速和冰厚平方的乘积呈线性关系。
2017, 39(12): 109-121.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.011
摘要:
近30年来，北极海冰覆盖范围大幅缩减，开阔水域也相应地发生显著变化。本文利用美国雪冰中心的海冰密集度产品以及美国海洋和大气科学管理局的海水表面温度数据产品，分析了1982-2016年北极开阔水域面积以及开阔水域季节长度的年际变化，并进一步探讨了海水表面温度对开阔水域时空变化的影响。结果表明北极开阔水域面积平均每年增加55.89×103 km2，海冰消退时间以平均0.77 d/a的速度在提前，海冰出现时间以平均0.82 d/a的速度在延迟，导致开阔水域季节长度以平均1.59 d/a的速度在增加。2016年达到了有遥感观测资料以来开阔水域面积和开阔水域季节长度的最大值，分别为13.52×106 km2和182 d。9个海区的开阔水域变化特征有一定的差异，对开阔水域变化贡献最大的有北冰洋核心区、喀拉海和巴伦支海。海水表面温度对开阔水域的变化有着重要影响，且影响的程度与纬度相关，即高纬度地区的海水表面温度对开阔水域的影响高于低纬度地区。
近30年来，北极海冰覆盖范围大幅缩减，开阔水域也相应地发生显著变化。本文利用美国雪冰中心的海冰密集度产品以及美国海洋和大气科学管理局的海水表面温度数据产品，分析了1982-2016年北极开阔水域面积以及开阔水域季节长度的年际变化，并进一步探讨了海水表面温度对开阔水域时空变化的影响。结果表明北极开阔水域面积平均每年增加55.89×103 km2，海冰消退时间以平均0.77 d/a的速度在提前，海冰出现时间以平均0.82 d/a的速度在延迟，导致开阔水域季节长度以平均1.59 d/a的速度在增加。2016年达到了有遥感观测资料以来开阔水域面积和开阔水域季节长度的最大值，分别为13.52×106 km2和182 d。9个海区的开阔水域变化特征有一定的差异，对开阔水域变化贡献最大的有北冰洋核心区、喀拉海和巴伦支海。海水表面温度对开阔水域的变化有着重要影响，且影响的程度与纬度相关，即高纬度地区的海水表面温度对开阔水域的影响高于低纬度地区。
2017, 39(12): 122-135.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.012
摘要:
基于常规三维变分同化（3DVAR）思想和反问题中的正则化技术，提出了适用于风场融合的带正则化约束项的3DVAR方法，在南海海域开展数据融合试验，同时采用模型函数方法确定合理的正则化参数，针对一次台风个例进行了QuikSCAT散射计海面风场数据和华南中尺度模式海面风场数据的融合试验，结果表明采用带正则化约束的3DVAR融合方法，明显消除了常规3DVAR方法融合风场时带来的虚假信息，融合后分析风场以及涡度场和散度场分布均匀，结构清晰，气旋中心显著，且分析场中观测起主导作用；采用信号自由度（DFS）方法对融合方法进行定量评估，发现相对常规3DVAR方法，带正则化约束的3DVAR融合系统中观测数据提供的DFS较多，同时提高了观测场对分析场的影响；基于独立观测资料对融合结果进行检验发现相对华南中尺度模式和常规3DVAR方法的统计结果，带正则化约束的3DVAR方法得到的风场具有最小的均方根误差和最大的相关系数。
基于常规三维变分同化（3DVAR）思想和反问题中的正则化技术，提出了适用于风场融合的带正则化约束项的3DVAR方法，在南海海域开展数据融合试验，同时采用模型函数方法确定合理的正则化参数，针对一次台风个例进行了QuikSCAT散射计海面风场数据和华南中尺度模式海面风场数据的融合试验，结果表明采用带正则化约束的3DVAR融合方法，明显消除了常规3DVAR方法融合风场时带来的虚假信息，融合后分析风场以及涡度场和散度场分布均匀，结构清晰，气旋中心显著，且分析场中观测起主导作用；采用信号自由度（DFS）方法对融合方法进行定量评估，发现相对常规3DVAR方法，带正则化约束的3DVAR融合系统中观测数据提供的DFS较多，同时提高了观测场对分析场的影响；基于独立观测资料对融合结果进行检验发现相对华南中尺度模式和常规3DVAR方法的统计结果，带正则化约束的3DVAR方法得到的风场具有最小的均方根误差和最大的相关系数。
2017, 39(12): 136-152.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.013
摘要:
海表温度产品是研究全球海洋大气系统的重要数据源，在海洋相关领域的研究和应用方面具有重要价值。以西北太平洋海域为研究区域，本文对2007-2014年的3个海表温度融合数据（AVHRR OISST，MISST和OSTIA）的产品特性与Argo浮标进行了真实性检验，并对融合产品进行了交叉比对分析。结果表明，3个融合产品在空间尺度上均能反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。融合数据与Argo浮标的平均偏差在±0.1℃之间，均方根误差小于0.9℃。融合数据与浮标数据存在明显的季节性变化，其中冬季融合数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小。在高纬海域，融合产品和浮标存在正偏差。与另两个融合产品相比，OSTIA的数据质量与Argo浮标最为接近。3个融合产品在近岸和高纬海域差异较大，三者对海冰的标识和处理方式不同对融合结果也有影响。在2012年6月之前MISST和OSTIA的海表温度数据质量更为接近，但在此之后MISST存在系统误差。红外数据、微波数据和实测数据作为输入数据，是制作高时空分辨率高精度海表温度融合产品必不可少的要素。
海表温度产品是研究全球海洋大气系统的重要数据源，在海洋相关领域的研究和应用方面具有重要价值。以西北太平洋海域为研究区域，本文对2007-2014年的3个海表温度融合数据（AVHRR OISST，MISST和OSTIA）的产品特性与Argo浮标进行了真实性检验，并对融合产品进行了交叉比对分析。结果表明，3个融合产品在空间尺度上均能反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。融合数据与Argo浮标的平均偏差在±0.1℃之间，均方根误差小于0.9℃。融合数据与浮标数据存在明显的季节性变化，其中冬季融合数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小。在高纬海域，融合产品和浮标存在正偏差。与另两个融合产品相比，OSTIA的数据质量与Argo浮标最为接近。3个融合产品在近岸和高纬海域差异较大，三者对海冰的标识和处理方式不同对融合结果也有影响。在2012年6月之前MISST和OSTIA的海表温度数据质量更为接近，但在此之后MISST存在系统误差。红外数据、微波数据和实测数据作为输入数据，是制作高时空分辨率高精度海表温度融合产品必不可少的要素。
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