EN4两套分析数据中海洋热含量的差异
发布时间：2021-03-22 18:12
对比分析了1970—2017年EN4.2.1G10和EN4.2.1L09两套数据中海洋热含量的差异及其形成机理。结果表明,两套数据导出的1985—2005年间0～1 000 m全球海洋热含量存在最大约5×1022 J的差异,主要分布在热带及亚热带海域（30°S～30°N）,偏差较大的年份是1985年、1991年与1998年。差异主要源于两套数据对XBT-（OSD/CTD）（或MBT-（OSD/CTD））仪器偏差的校正方式不同:EN4.2.1L09选取偏差的中位数,而EN4.2.1G10选取偏差的平均值。通过对比分析偏差较大的年份间海水温度沿深度的空间分布,我们发现1985年与1991年两套数据的海洋热含量的差异集中于0～500 m,主要是由采样时段、深度和温跃层变化所带来,而1998年之后由于仪器观测深度更深,两者的差异贯穿于整个深度层（0～1 000 m）。两套数据中海洋热含量的差异夏季最小,冬季最大。在1985年后出现的两套数据的差异影响了全球海洋热含量的线性趋势分析和年代际及多年代际变率,其中基于EN4.2.1G10的年代际及多年代际分量的幅度在1985年后...
【文章来源】：海洋科学进展. 2020,38(03)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
1985年、1991年和1998年EN4G10和EN4L09海洋热含量(0～1 000 m)年平均差异的空间分布
图1 显示了EN4G10和EN4L09在全球及各个海盆 0～1 000 m海洋热含量的时间序列及差异。总体来看,两套数据在分析时段的前段(1970—1985年)及后段(2006—2017年)较为一致,主要差异出现在1985—2005年间,可达约5×1022 J。此差异的量级与不同仪器的残余偏差导致的数据集之间的差异相当[20]。在1985—2005年间,EN4G10和EN4L09在太平洋、大西洋和印度洋均表现出明显的差异。值得注意的是,虽然南大洋EN4G10和EN4L09的差异不大,但这并不代表南大洋数据质量高。这是因为此海区观测数据稀少,EN4以1970—2000年的气候态均值进行补充,导致两套数据的差异不大。即便如此,1985—2005年间南大洋海区两套数据之间也出现了细微的差异。此外,两套EN4数据在1985—2005年间还存在周期约为6～7 a的年际差异,其中1985年、1991年及1998年差异最大。进一步分析1985年、1991年和1998年这3 a中,EN4G10和EN4L09两套数据年平均差异的空间特征(图2)。两套数据的年平均差异主要集中在热带及亚热带海域(30°S～30°N),且随着观测数据覆盖率的增加而增大。1985年,差异主要分布在东太平洋和南大西洋;1991年,在大西洋的差异明显大于太平洋;1998年,差异随着观测数据的增加而明显增大,且空间分布比较均衡,主要与大洋XBT观测站位大致吻合。
EN4G10与EN4L09的数据源是一致的,造成两套数据集差异的主要原因是在数据校正过程中选取了不同的统计量[19-20]。由式(1)可以得知,热含量的计算主要依赖于各层的海水温度,为此我们进一步对比EN4两套数据海洋垂向各层温度在1985年、1991年及1998年的差异。图3给出它们的空间分布。总体来看,1985年与1991年EN4两套数据的差异主要集中在海洋上层500 m,而1998年的差异体现在海洋整层。除此之外,这3 a中的差异都在上200 m明显偏大。相对于EN4G10, EN4L09的温度呈现正位相的系统性差异,差异主要在0.2～0.4 ℃;1991年与1998年,局部海域的差异甚至超过0.5 ℃。这表明中位值的取法应该大于平均值,导致了EN4L09在1985—2005年热含量的估计高于EN4G10。该结果与前人的研究一致[19-20]。导致EN4G10和EN4L09两套数据差异的最根本的原因是XBT数据的“不成熟”。XBT观测及处理引入的偏差进而导致了XBT与CTD数据对比校正的偏差。因而即使同样的数据源,在计算XBT或MBT数据与OSD/CTD数据平均值之间的差异时,选取算数平均值[20]和中位值[19]也会加剧差异。两套数据在1985年、1991年及1998年的差异最大值均出现在纬度30°S～30°N,深度范围50～150 m。这是由于船舶走航的XBT观测主要集中在这一海域,并且这一海域上层温度较高,温跃层变化较为剧烈,从而即使是同一数据源,不同的校正方式下也会出现较大的偏差[19]。值得注意的是,两套数据差异最大的这几个年份均为强厄尔尼诺年,其中在1983—1984年和1997—1998年的强厄尔尼诺所造成的海洋表层的温度异常可高达3～5 ℃[33]。这种强厄尔尼诺现象对XBT偏差校正的影响还需要进一步的研究和探讨。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Global Upper Ocean Heat Content Estimation: Recent Progress and the Remaining Challenges[J]. CHENG Li-Jing,ZHU Jiang,John ABRAHAM. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2015(06)
本文编号：3094251
【文章来源】：海洋科学进展. 2020,38(03)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
1985年、1991年和1998年EN4G10和EN4L09海洋热含量(0～1 000 m)年平均差异的空间分布
图1 显示了EN4G10和EN4L09在全球及各个海盆 0～1 000 m海洋热含量的时间序列及差异。总体来看,两套数据在分析时段的前段(1970—1985年)及后段(2006—2017年)较为一致,主要差异出现在1985—2005年间,可达约5×1022 J。此差异的量级与不同仪器的残余偏差导致的数据集之间的差异相当[20]。在1985—2005年间,EN4G10和EN4L09在太平洋、大西洋和印度洋均表现出明显的差异。值得注意的是,虽然南大洋EN4G10和EN4L09的差异不大,但这并不代表南大洋数据质量高。这是因为此海区观测数据稀少,EN4以1970—2000年的气候态均值进行补充,导致两套数据的差异不大。即便如此,1985—2005年间南大洋海区两套数据之间也出现了细微的差异。此外,两套EN4数据在1985—2005年间还存在周期约为6～7 a的年际差异,其中1985年、1991年及1998年差异最大。进一步分析1985年、1991年和1998年这3 a中,EN4G10和EN4L09两套数据年平均差异的空间特征(图2)。两套数据的年平均差异主要集中在热带及亚热带海域(30°S～30°N),且随着观测数据覆盖率的增加而增大。1985年,差异主要分布在东太平洋和南大西洋;1991年,在大西洋的差异明显大于太平洋;1998年,差异随着观测数据的增加而明显增大,且空间分布比较均衡,主要与大洋XBT观测站位大致吻合。
EN4G10与EN4L09的数据源是一致的,造成两套数据集差异的主要原因是在数据校正过程中选取了不同的统计量[19-20]。由式(1)可以得知,热含量的计算主要依赖于各层的海水温度,为此我们进一步对比EN4两套数据海洋垂向各层温度在1985年、1991年及1998年的差异。图3给出它们的空间分布。总体来看,1985年与1991年EN4两套数据的差异主要集中在海洋上层500 m,而1998年的差异体现在海洋整层。除此之外,这3 a中的差异都在上200 m明显偏大。相对于EN4G10, EN4L09的温度呈现正位相的系统性差异,差异主要在0.2～0.4 ℃;1991年与1998年,局部海域的差异甚至超过0.5 ℃。这表明中位值的取法应该大于平均值,导致了EN4L09在1985—2005年热含量的估计高于EN4G10。该结果与前人的研究一致[19-20]。导致EN4G10和EN4L09两套数据差异的最根本的原因是XBT数据的“不成熟”。XBT观测及处理引入的偏差进而导致了XBT与CTD数据对比校正的偏差。因而即使同样的数据源,在计算XBT或MBT数据与OSD/CTD数据平均值之间的差异时,选取算数平均值[20]和中位值[19]也会加剧差异。两套数据在1985年、1991年及1998年的差异最大值均出现在纬度30°S～30°N,深度范围50～150 m。这是由于船舶走航的XBT观测主要集中在这一海域,并且这一海域上层温度较高,温跃层变化较为剧烈,从而即使是同一数据源,不同的校正方式下也会出现较大的偏差[19]。值得注意的是,两套数据差异最大的这几个年份均为强厄尔尼诺年,其中在1983—1984年和1997—1998年的强厄尔尼诺所造成的海洋表层的温度异常可高达3～5 ℃[33]。这种强厄尔尼诺现象对XBT偏差校正的影响还需要进一步的研究和探讨。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Global Upper Ocean Heat Content Estimation: Recent Progress and the Remaining Challenges[J]. CHENG Li-Jing,ZHU Jiang,John ABRAHAM. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2015(06)
本文编号：3094251
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