科研进展

Argo浮标轨迹反演大洋千米层流场时的误差获揭示

  

   由于走航ADCP、潜标观测成本高,观测样本较少,目前对大洋深层环流的刻画尚不清晰。Argo浮标具有被动漂流特性,其表层GPS位置信息常用来反演大洋表层和停留层漂移深度上(通常为1000米)的流速场,可作为大洋地形洋流观测、模式输出值的重要参考。基于Argo仿真模拟实验,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO)研究员杜岩团队计算了利用Argo轨迹反演的大洋千米层(Argo停留深度)的流场,并将其与仿真实验的基准流场(ECCO2)对比,发现轨迹反演流场算法中普遍存在较为显著的误差。该研究成果近日发表在Journal of Physical Oceanography《物理海洋学杂志》,博士王天宇为第一作者,杜岩为通讯作者。

  该研究发现,Argo浮标轨迹反演大洋千米层流场时的误差不仅来源于算法自身的局限性,海洋复杂的动力过程也在一定程度上影响反演结果。例如,海洋的垂向剪切会造成浮标在上浮/下潜阶段的位置偏移,使速度矢量的起始点产生偏差。诸多研究,如Park (2005)等,对此误差做了分析验证。 

    而该工作在此基础上将论证进一步量化,分析了热成风理论与螺旋效应会影响轨迹反演流场在低纬度海洋的准确性。具体表现为:在赤道海洋的垂向剪切会使得流速的估算值比真实值高估12 cm s-1,而在副热带垂向剪切会造成流场方向的偏差。此外,该工作发现Argo浮标在沿流线漂流时自身速率的变化也在一定程度上影响反演的流速准确性。在这个过程中,海洋中尺度涡旋对浮标的漂流速率会产生加速作用,往往伴随大洋能量的逆向串级,即海洋中尺度过程加强或维持流轴结构。最终在中尺度涡旋活跃的区域,如西边界流和南极绕极流区域,由浮标轨迹反演的流速场通常会存在不可忽略的误差,即估算的流场比真实值偏低。低估的振幅可能高达2 cm s-1,约占观测值的12%。此工作对于现有观测和模式中大洋千米层流场的评估和校正有一定的推动作用。 

  该研究由国家自然科学基金和国家重点基础研究发展计划等共同资助完成。 

  相关论文信息: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 

  文章链接: https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-20-0287.1/JPO-D-20-0287.1.xml

1 Argo浮标一个完整工作循环漂流轨迹示意图。浮标海面关键位置为DS(下潜开始)、AE(上浮结束)以及相应GPS定位点为DS’AE’;海面以下关键位置为DE(下潜结束)、DDS(深层下潜开始)、AS(上浮开始)