海洋次表層動力過程反演研究取得新進展
近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）薛惠潔研究團隊與日本國立海洋研究開發機構（JAMSTEC）的科學家合作，探究基于高分辨率海表衛星觀測資料對次表層垂直速度進行反演的動力學方法，并取得重要進展。相關成果由劉磊博士、薛惠潔研究員（通訊作者）和JAMSTEC資深研究員Hideharu Sasaki 2月11日發表于物理海洋學領域知名期刊Journal of Physical Oceanography（《物理海洋學》）。
垂直速度（w）在海洋上混合層與深層的物質能量交換（如熱量、鹽度、生物地理化學元素等）過程中扮演著極其重要的角色。盡管如此，由于w的強度和時空尺度非常小，極難實現對w的直接觀測。w通常通過密度、水平速度場三維觀測，借助Omega方程診斷得出。由于三維高時空分辨率的密度和（水平）速度觀測較難實現（尤其是在海況惡劣的海域），許多工作研究如何將衛星觀測的海表信息投影至海洋內部，實現次表層密度及（水平）速度場的反演。進一步，利用反演的三維變量場并結合Omega方程以計算w。
研究團隊曾在2019年提出一個先進的次表層反演方法（L19; Liu et al. 2019），此方法利用海面高度和海面密度可以對上層（~1000米）海洋的（水平）速度場和密度場很好地實現反演。研究團隊把此方法與非絕熱地轉Omega方程結合，利用高分辨率海洋模式資料（1/30°逐日數據）在黑潮延伸體海域計算w，并得到了令人鼓舞的結果：診斷w與模式w相關系數在混合層底與1000米深度之間為0.51-0.67、在混合層中相關系數為0.42-0.51。本工作的亮點之一是：在混合層中，考慮湍流對w的顯著影響，在（地轉絕熱）Omega方程中引入一個高度簡化的湍流參數化方案，該方案能很好地改進混合層內w的診斷結果（相關系數改進最高可達0.31）。本研究成果為充分利用即將問世（2022年）的SWOT（Surface Water and Ocean Topography）測高衛星資料開展反演工作打下先行基礎，具有重要的科學意義和應用價值。
本研究由國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項共同資助完成。
相關論文鏈接：https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-20-0152.1/JPO-D-20-0152.1.xml?rskey=mcHDlh&result=1
https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/49/12/jpo-d-19-0118.1.xml?rskey=TMIkJU&result=1
圖1. (a) OFES模式50米深度w場；(b) L19方法計算所得50米深度w場；(c) w計算結果與模式數據的空間相關系數。黑線代表絕熱Omega方程診斷結果（未加入混合層參數化方案）；紅線代表非絕熱Omega方程診斷結果（加入混合層參數化方案）。灰色陰影標記混合層(110米深)。
