Argo浮標(biāo)軌跡反演大洋千米層流場時的誤差獲揭示
由于走航ADCP、潛標(biāo)觀測成本高，觀測樣本較少，目前對大洋深層環(huán)流的刻畫尚不清晰。Argo浮標(biāo)具有被動漂流特性，其表層GPS位置信息常用來反演大洋表層和停留層漂移深度上（通常為1000米）的流速場，可作為大洋地形洋流觀測、模式輸出值的重要參考。基于Argo仿真模擬實(shí)驗(yàn)，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）研究員杜巖團(tuán)隊(duì)計算了利用Argo軌跡反演的大洋千米層（Argo停留深度）的流場，并將其與仿真實(shí)驗(yàn)的基準(zhǔn)流場（ECCO2）對比，發(fā)現(xiàn)軌跡反演流場算法中普遍存在較為顯著的誤差。該研究成果近日發(fā)表在Journal of Physical Oceanography《物理海洋學(xué)雜志》，博士王天宇為第一作者，杜巖為通訊作者。
該研究發(fā)現(xiàn)，Argo浮標(biāo)軌跡反演大洋千米層流場時的誤差不僅來源于算法自身的局限性，海洋復(fù)雜的動力過程也在一定程度上影響反演結(jié)果。例如，海洋的垂向剪切會造成浮標(biāo)在上浮/下潛階段的位置偏移，使速度矢量的起始點(diǎn)產(chǎn)生偏差。諸多研究，如Park (2005)等，對此誤差做了分析驗(yàn)證。
而該工作在此基礎(chǔ)上將論證進(jìn)一步量化，分析了熱成風(fēng)理論與螺旋效應(yīng)會影響軌跡反演流場在低緯度海洋的準(zhǔn)確性。具體表現(xiàn)為：在赤道海洋的垂向剪切會使得流速的估算值比真實(shí)值高估1至2 cm s-1，而在副熱帶垂向剪切會造成流場方向的偏差。此外，該工作發(fā)現(xiàn)Argo浮標(biāo)在沿流線漂流時自身速率的變化也在一定程度上影響反演的流速準(zhǔn)確性。在這個過程中，海洋中尺度渦旋對浮標(biāo)的漂流速率會產(chǎn)生加速作用，往往伴隨大洋能量的逆向串級，即海洋中尺度過程加強(qiáng)或維持流軸結(jié)構(gòu)。最終在中尺度渦旋活躍的區(qū)域，如西邊界流和南極繞極流區(qū)域，由浮標(biāo)軌跡反演的流速場通常會存在不可忽略的誤差，即估算的流場比真實(shí)值偏低。低估的振幅可能高達(dá)2 cm s-1，約占觀測值的12%。此工作對于現(xiàn)有觀測和模式中大洋千米層流場的評估和校正有一定的推動作用。
該研究由國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃等共同資助完成。
相關(guān)論文信息：Wang, T., Yan Du,Minyang Wang. (2021). Overlooked current estimation biases arising from the Lagrangian Argo trajectory derivation method. Journal of Physical Oceanography. Doi: jpo-d-21-0222.1
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圖1 Argo浮標(biāo)一個完整工作循環(huán)漂流軌跡示意圖。浮標(biāo)海面關(guān)鍵位置為DS（下潛開始）、AE（上浮結(jié)束）以及相應(yīng)GPS定位點(diǎn)為DS’、AE’；海面以下關(guān)鍵位置為DE（下潛結(jié)束）、DDS（深層下潛開始）、AS（上浮開始）
