全球大洋環(huán)流數(shù)據(jù)同化模式系統(tǒng)發(fā)展取得重要進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）馮洋研究員團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)三年努力,在全球大洋環(huán)流數(shù)據(jù)同化模式系統(tǒng) Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO) 發(fā)展上取得重要進(jìn)展。該研究改進(jìn)了ECCO體系河流徑流的引入方法，大幅度提高了ECCO體系在全球河口海岸帶沖淡水動(dòng)力系統(tǒng)的表征，成果發(fā)表在地學(xué)領(lǐng)域模式技術(shù)頂刊Geoscientific Model Development（《地球科學(xué)模式研發(fā)》，JCR地學(xué)大類(lèi)一區(qū)Top， 5-year IF 5.768）,合作單位包括美國(guó)加州理工學(xué)院、莫斯登陸海洋實(shí)驗(yàn)室、華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
河口海岸帶位于海洋和陸地過(guò)渡帶，是世界上人口、經(jīng)濟(jì)和城市最集中的地區(qū)，受全球變化和人類(lèi)陸地活動(dòng)的雙重影響。盡管河口海岸帶占地球表面很小的一部分，但是在全球碳及營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)中扮演著十分重要的角色。然而，河口海岸帶的模擬一直是全球海洋模式及地球系統(tǒng)模式中的薄弱環(huán)節(jié)。與鹽度衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)Soil Moisture Active Passive (SMAP)相比，目前可供下載的多數(shù)模式同化數(shù)據(jù)尚不能分辨河口鹽度的年際變化，其原因之一是過(guò)于簡(jiǎn)化河口徑流的引入方法。該研究基于全球大洋環(huán)流數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)ECCO，通過(guò)一系列敏感性實(shí)驗(yàn)測(cè)試河流徑流引入方式對(duì)河流沖淡水模擬的影響，并評(píng)估對(duì)模式網(wǎng)格分辨率和網(wǎng)格類(lèi)型的敏感性。結(jié)果表明，模式采用日分辨率點(diǎn)源河流驅(qū)動(dòng)可以更好地再現(xiàn)河口區(qū)鹽度的季節(jié)及年際變化，網(wǎng)格分辨率增加會(huì)導(dǎo)致河口區(qū)鹽度降低，而網(wǎng)格類(lèi)型變化(從ECCO2到ECCOv4)對(duì)河口鹽度影響不大。此外，該研究比較了不同分辨率的ECCO模擬結(jié)果和SMAP觀測(cè)的河口區(qū)鹽度，結(jié)果表明1/3°度網(wǎng)格ECCO (LLC270)和SMAP衛(wèi)星河口鹽度最為接近；模式分辨率從1°提高到1/3°會(huì)導(dǎo)致所有河口區(qū)增加沖淡水的面積、體積，穩(wěn)定上層海洋層化，減少混合層深度。但是當(dāng)模式分辨率進(jìn)一步提高到1/6°時(shí)，不同沖淡水區(qū)的變化有顯著差別，較淺的陸架區(qū)因更強(qiáng)的斜壓不穩(wěn)定和相對(duì)較弱的次網(wǎng)格垂直混合導(dǎo)致對(duì)網(wǎng)格分辨率變化更為敏感。
全球模式發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)地學(xué)從純基礎(chǔ)研究到科學(xué)研究與社會(huì)保障服務(wù)緊密結(jié)合的應(yīng)用研究轉(zhuǎn)變，為打造宜居地球提供強(qiáng)有力的科學(xué)支撐和環(huán)境服務(wù)保障。河口海區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)影響強(qiáng)烈，該區(qū)海洋環(huán)境正面臨著人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化雙重挑戰(zhàn)。全球模式在近岸海區(qū)的改進(jìn)將對(duì)近岸缺氧、碳循環(huán)、區(qū)域天氣變化的模擬和預(yù)報(bào)有非常重要的影響，并對(duì)地球系統(tǒng)模式最終實(shí)現(xiàn)無(wú)縫模擬意義重大。
該研究受南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專(zhuān)項(xiàng)，熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究項(xiàng)目，中國(guó)科學(xué)院南海生態(tài)環(huán)境工程創(chuàng)新研究院項(xiàng)目 及廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題等聯(lián)合資助。
相關(guān)論文信息： Feng, Y., Menemenlis, D., Xue, H., Zhang, H., Carroll, D., Du, Y., and Wu, H.: Improved representation of river runoff in Estimating the Circulation and Climate of the Ocean Version 4 (ECCOv4) simulations: implementation, evaluation, and impacts to coastal plume regions, Geosci. Model Dev., 14, 1801–1819, https://doi.org/10.5194/gmd-14-1801-2021, 2021.
https://gmd.copernicus.org/articles/14/1801/2021/
2015-2017年期間高分辨率鹽度衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)(SMAP)、通用18-km ECCO2(左下)和改進(jìn)ECCOv4-River(LLC540，右下)的海表面鹽度對(duì)比。改進(jìn)后河口區(qū)海表鹽度和SMAP觀測(cè)相比更為接近。
