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  • 利用Argo浮标轨迹资料估算的全球海洋表层流资料集 (第二版)
  • 作者:谢基平 朱江   来源:中国科学院大气物理研究所   发表时间:2013-06-15 14:05:35   点击:
  • 利用Argo浮标轨迹资料估算的全球海洋表层流资料集
    (第二版)使用说明
    中科院大气物理所 谢基平 朱江

    1、背景

    由于Argo浮标的海面轨迹资料具有150–1000米的位置误差,用这种资料直接估算平均表层流的u-  v-分 量在太平洋海域会产生平均5.4cm/s的误差。谢和朱(2008)通过把Argo浮标的海面轨迹资料与轨迹预报模式相结合,提出了一种基于卡尔曼滤波的 估算Argo浮标海面轨迹的新方法(如图1所示)。此法旨在通过减小海面定位误差来改进海面流速的估算。预报轨迹的理论误差大约为1km,与创新值(约 1.1km)一致。通过把预报和观测资料与其统计误差的优化结合,所估算的轨迹定位误差大大减小。估算的表层流速u-  v-分量的平均误差为4.4cm/s。
            我们还把用Argo浮标获得的表层流与海面漂流浮标获得的海流和热带大气与海洋计划(TAO)的观测资料进行了比较,表层流的强度和方向 均呈较好的一致性,表明从Argo浮标网获取的表层流,以及把Argo与海面漂流浮标获取的表层流结合起来,以现场绘制全球表层流的做法是可行的(Xie and Zhu,2009)。
            1999–2010年间带误差估值的表层流速矢量资料集,是用在全球洋面上漂移的Argo浮标轨迹获得的。


    图1、用卡尔曼滤波器分析Argo浮标漂移轨迹示意

    2、方法与资料

    1999–2007年期间的全球海洋Argo浮标延时模式资料是从全球Argo资料中心(ftp://usgodae1.usgodae.org/pub/outgoing/ARGOftp.ifremer.fr/ifremer/ARGO) 获取的。表层流的估算应考虑可能产生误差的多种因素,如定位异常、通信误差等。质量控制的重点是定位和间隔时间检查。定位检查假定海面轨迹的所有卫星定位 (fix)应相近。如果某个定位与其它定位的距离超过200km,该定位将被删除。一对相邻的海面轨迹定位之间的时间间隔通常为几分钟到几个小时。在时间 间隔检查中,如果间隔不足10分钟,后面的定位将被删除。如果一对相邻定位之间的每个速度矢量大于2m/s,该轨迹将被忽略。
            本资料集中使用的估算方法由Xie and Zhu(2008)提出。简单地说,根据每一个Argo浮标的海面轨迹估算的表层流因使用卡尔曼滤波技术得以改善。

    表1、Sur_disc.dat中变量的定义

    变量
    定义
    Argo浮标ID
    WMO浮标识别码
    周期数
    剖面浮标所做的观测周期。浮标的周期数与速度矢量有关
    定点
    在海面上漂移轨迹的有效位置

    第一个位置的时间
    起始位置的儒略时间。整数部分表示日期,小数部分表示此位置在当天的时间。儒略日期相对于1950年1月1日,例如:18833.8013889885:2001年7月25日19点14分00秒
    最后一个位置的时间
    最后位置的儒略时间。意义同上
    第一个位置的纬度
    轨迹中第一个位置的纬度(单位:北纬 度)
    第一个位置的经度
    轨迹中第一个位置的经度(单位:东经 度)
    最后一个位置的纬度
    轨迹中最后一个位置的纬度(单位:北纬 度)
    最后一个位置的经度
    轨迹中最后一个位置的经度(单位:东经 度)
    u 分量
    表层流的u分量(单位:向东 厘米/秒)
    u的RMS误差
    u的不确定性评估(单位:厘米/秒)
    v 分量
    表层流的v分量(单位:向北 厘米/秒)
    v 分量的RMS误差
    v的不确定性评估(单位:厘米/秒)

    3、资料集介绍

    此表层流资料集第二版由两部分组成:
            1)离散流速矢量(Sur_disc.dat)
            2)正常网格流(Sur_grid???.dat)
             离散表层流速矢量(总共562652个)是其轨迹上的平均值。矢量文件(Sur_disc.dat)为ASCII,包括13个变量:Argo浮标识别码、 轨迹上的固定点、第一个位置的时间、最后一个位置的时间、第一个位置的纬度、第一个位置的经度、最后一个位置的纬度、最后一个位置的经度、u分量、u分量 的RMS误差、v分量和v分量的RMS误差(见表1)。
            在离散流速矢量的基础上,我们又推导出1°×1°网格中的年平均表层流气候学数据(Sur_grid.dat)和2°×2°网格中的月表 层流数据(Sur_grid_mon.dat)。年平均海流的纬度和经度分别从69.5°S和 24.5°E开始增加1°间隔。而月平均海流的纬度从69°S到69°N,经度从24.5°E开始向东以2°的间隔增加。这两个非格式化的文件包括5个变 量:纬向速度、经向速度、纬向速度不确定性、经向速度不确定性和采样数(详见表2)。

    表2、平均数据的变量定义

    变量 定义
    U
    小网格中平均的纬向流(单位:东向 厘米/秒) 缺省值:32767
    V
    小网格中平均的经向流(单位:北向 厘米/秒) 缺省值:32767
    Eu
    纬向流不确定性评估(单位:厘米/秒)
    Ev
    经向流不确定性评估(单位:厘米/秒)
    Kn
    每一网格中的平均流速矢量数

    例如,阅读平均文件时Fortran90 的代码为:
    ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    N0=180; M0=70; NN=12;
    open(2,file=’Sur_grid_mon.dat’, form='unformatted', access='direct', recl=N0*M0, convert=’little_endian’) 
    1=0
    do k=1,NN 
    l=l+1; read(2,rec=l) ((U(i,j,k),i=1,N0),j=1,M0)
    l=l+1; read(2,rec=l) ((V(i,j,k),i=1,N0),j=1,M0)
    l=l+1; read(2,rec=l) ((Eu(i,j,k),i=1,N0),j=1,M0)
    l=l+1; read(2,rec=l) ((Ev(i,j,k),i=1,N0),j=1,M0)
    l=l+1; read(2,rec=l) ((real(Kn2(i,j,k)),i=1,N0),j=1,M0)
    end do
    close(2)
    ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    If to read the annual mean current file, you can adjust the first line into:
    (如果阅读年平均流文件,你可以把第一行调整为:)
    N0=360; M0=140; NN=1;
    ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

    4、基本特征

    本资料集的表层流速矢量几乎覆盖全球海洋。图2 和3 分别为采样数的空间分布和1°×1°网格内的平均表层流。 


    图2 从Argo轨迹资料获取的1°×1°网格内的表层流速矢量数(1999-2010)

    如图2所示,流速矢量的分布是不均匀的,覆盖了全球海洋的大部分。高密度矢量位于西太平洋和阿拉伯海北部海域。与1999-2007年期间的海流分布相比,本版本的的表层流资料集的覆盖范围更广。例如,南太平洋、澳大利亚南部海域以及南海等边缘海的流速矢量都增加了。 


    图3 从Argo轨迹获得的1°×1°网格内的年平均表层流速 (1999-2010年,单位:cm/s)

    从图3可以看出,根据全部离散流速矢量获得的年平均流速。在赤道附近,太平洋和大西洋中部海域有明显大于40cm/s的强纬向流。赤道外部,流速为30cm/s的西向北赤道海流也处于支配地位。同时,包括巴西沿岸海流、黑潮和湾流在内的强西部边界流也很突出。

    联系人:谢基平 、朱江 
    电    话:010-82995286、010-82995005
    Email: xiejp@mail.iap.ac.cnjzhu@mail.iap.ac.cn

    参考文献:

  • 上一篇:“全球Argo浮标剖面观测资料质量再控制数据集”和“Argo网格化温盐产品(G-Argo)”提供下载
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