溫鹽流預(yù)報(bào)講義

溫鹽流預(yù)報(bào)2023年2月1日目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)1.概況1.1國(guó)際溫鹽流預(yù)報(bào)概況國(guó)際全球和區(qū)域業(yè)務(wù)化海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)（2016年）系統(tǒng)名稱海洋模式模式區(qū)域水平分辨率垂直層數(shù)同化方案預(yù)報(bào)時(shí)效大氣強(qiáng)迫美國(guó)海軍GOFSv3.0HYCOM全球1/12°32層NCODA-3DVAR7days海軍全球環(huán)境模式NAVGEM美國(guó)NCEPRTOFSHYCOM全球1/12°32層NCODA-3DVAR8daysNCEPGFS3-hourly,HWRF(HurricaneWRF)北大西洋1/12°，美國(guó)近岸4-6km26層2DVAR(horizontal)1DVAR(Vertical)6days法國(guó)(Mecator-Ocean)NEMO全球1/12°50層SAM2-3DVar,基于SEEK方程的降階卡爾曼濾波對(duì)溫度和鹽度作誤差訂正14daysECMWF3hourly分析場(chǎng)和預(yù)報(bào)場(chǎng)北大西洋+地中海20°S-80°N50層7days歐洲ECMWFNEMO3.0全球1°，赤道加密42層NEMOVAR(3DVar-FGAT)51成員集合預(yù)報(bào)，18days(每天),32days(每周),7months(每月)ECMWF業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)場(chǎng)英國(guó)FOAMv12NEMO全球1/4o75層NEMOVAR(3DVar-FGAT)7daysMetOffice3-hourly數(shù)值天氣預(yù)報(bào)

北大西洋、印度洋、地中海1/12o50層澳大利亞BluelinkOFAM3MOM4準(zhǔn)全球75oS-75oN1/10o51層BODASv8.37daysACCESS-G,APS1ERA-Interim日本MOVE/MRI.COMMRI.COMv3.4全球1o54層3DVAR30days(西北太平洋)JRA55-JCDAS6hourly北太平洋1/2o54層西北太平洋1/10o26層4DVAR加拿大CONCEPTSNEMO3.1全球1/4o50層海洋

SAM2海冰

3DVAR-FGAT10daysGEM(CanadianMeteorologicalCentre)hourly北極、北大西洋1/12o南大西洋1/12o5days西南大西洋1/24o4days1.概況1.1我國(guó)溫鹽流預(yù)報(bào)概況1960年，山東海洋學(xué)院與山東海洋水產(chǎn)研究所及煙臺(tái)氣象臺(tái)開(kāi)展煙臺(tái)近海單站水溫預(yù)報(bào)探索；1976年10月開(kāi)始發(fā)布黃東海近海春季，渤海秋季和東海近海秋季的每月1日和15日的日平均海水溫度預(yù)報(bào)；1977年底正式發(fā)布每月一次的東海及外緣海域月平均表層海水溫度試報(bào)和預(yù)報(bào)，以及南海東北部的月平均表層水溫預(yù)報(bào)；1980年12月開(kāi)始發(fā)布黃海旬平均表層水溫試報(bào)和預(yù)報(bào)；1983年2月起，發(fā)布了東海及其外緣海域的月平均海面水溫預(yù)報(bào)圖和月平均海面水溫距平預(yù)報(bào)圖；1986年7月，發(fā)布每旬一次的中國(guó)近海及西北太平洋海域的訊平均海溫預(yù)報(bào)和旬市況分析；2009年4月，將原有的西北太平洋海溫旬預(yù)報(bào)和旬實(shí)況分析系統(tǒng)發(fā)展為周預(yù)報(bào)和周實(shí)況分析系統(tǒng)；2017年9月，開(kāi)始提供海溫智能網(wǎng)格化和近岸基礎(chǔ)預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)2.溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)2.1海溫概念：海水溫度（sea-watertemperature）是表示海水熱力狀況的一個(gè)物理量，海洋學(xué)上一般以攝氏度（℃）表示。影響因素：太陽(yáng)輻射和海洋大氣熱交換是影響海水溫度的兩個(gè)主要因素，海流對(duì)局部海區(qū)海水的溫度也有明顯的影響。分布：海洋表層溫度呈現(xiàn)明顯的自低緯度向高緯度遞減的分布，這與太陽(yáng)輻射及海流有密切關(guān)系；海洋表層水溫等溫線分布大致與緯度平行；日變化：開(kāi)闊大洋表層晝夜水溫變化通常小于0.3℃，且僅在海面至10m層以內(nèi)波動(dòng)，即使在淺海區(qū)，表層水溫的日變化也小于2℃。年變化：溫帶和亞熱帶海區(qū)表層水溫周年變化較明顯，處于緯度30°~40°的大洋區(qū)最高和最低溫差6~7℃。另外，在受大陸氣候影響的近岸淺水區(qū)的水溫周年變化也較大。2.溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)2.2鹽度海水可以看成是純水中溶解一系列物質(zhì)的溶液。海水的溶解物質(zhì)包括無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和溶解氣體。鹽度（salinity）是海水中含鹽量的一個(gè)標(biāo)度?，F(xiàn)在使用的標(biāo)準(zhǔn)鹽度是R.A.考克斯等對(duì)采自各大洋和海區(qū)的135個(gè)水樣(深度在100米以內(nèi))的氯度值進(jìn)行了準(zhǔn)確的測(cè)定，并換算成鹽度，并測(cè)定了電導(dǎo)比R15,得到S‰與R15關(guān)系，其中R15為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15°C條件下海水樣品與S=35.000的標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率的比值。2.溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)2.3海流海流又稱洋流，是海水因熱輻射、蒸發(fā)、降水、冷縮等而形成密度不同的水團(tuán)，再加上風(fēng)應(yīng)力、地轉(zhuǎn)偏向力、引潮力等作用而大規(guī)模相對(duì)穩(wěn)定的流動(dòng)，它是海水的普遍運(yùn)動(dòng)形式之一。海流的種類：密度流：由于海水密度分布不均勻而產(chǎn)生的海水流動(dòng)；風(fēng)海流：由風(fēng)直接產(chǎn)生的海流；暖流：水溫高于流經(jīng)海區(qū)水溫的海流，通常是從低緯度流向高緯度（如黑潮、灣流），暖流一般高溫高鹽，透明度較大；寒流：寒流是指水溫低于流經(jīng)海區(qū)水溫的海流，通常是從高緯度流向低緯度（如千島寒流），寒流一般低溫低鹽，透明度較?。怀绷鳎汉Ｋ饕茉虑?、太陽(yáng)引潮力而產(chǎn)生的周期性的海水運(yùn)動(dòng)形式；補(bǔ)償流：由于海水的連續(xù)性和不可壓縮性，一個(gè)地方的海水流走了，相臨海區(qū)的海水也就流來(lái)補(bǔ)充。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球全球大洋表層海溫分布主要受太陽(yáng)輻射緯度分布以及冷暖海流和海陸分布影響；全球海表溫度成帶狀分布，在赤道地區(qū)溫度偏高，隨著緯度的增加而海溫逐漸減小。全球海洋表層溫度年平均分布(WOA13V2,1955-2012)3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球一般來(lái)說(shuō)，同一海區(qū)夏季的海溫要比冬季偏高，特別是在北半球高緯度地區(qū)。全球海洋表層溫度夏季（7-9月）和冬季（1-3月）分布3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球海溫深層分布：在500m深度，熱帶地區(qū)海水溫度比較均勻，在南北緯30地區(qū)，出現(xiàn)明顯的高溫中心。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球海溫深層分布：在1000m深度，北太平洋海水溫度約3~4，南太平洋高于北太平洋約4~5度，印度洋平均溫度略高于太平洋，高溫區(qū)位于北大西洋東部，這主要由于地中海的高溫高鹽水溢出下沉造成的。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球海溫深層分布：在2000m深度，溫度分布比較均勻，除了與南極交界處以外，水溫經(jīng)向和緯向的梯度都明顯減小，大西洋平均水溫高于太平洋和印度洋。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球海溫垂向分布：一般來(lái)說(shuō)，海水溫度隨著深度的增加而不同程度地減小，這主要是由于太陽(yáng)輻射入海的能量被表層海水所吸收，造成海表溫度要高于海洋內(nèi)部的溫度。海洋表層由于受到太陽(yáng)輻射、降水、風(fēng)力強(qiáng)迫等作用引起的湍流混合十分強(qiáng)烈，形成溫度、鹽度和密度幾乎垂向均勻的混合層，而溫躍層是上層的薄暖水層與下層的厚冷水層間出現(xiàn)水溫急劇下降的層。就赤道太平洋地區(qū)海溫隨經(jīng)度和水深的垂直分布而言，由于信風(fēng)驅(qū)動(dòng)海水向西輸送，引起暖水在西邊界附件堆積，造成赤道西太平洋地區(qū)溫躍層(20°C等溫線深度)加深，使得溫躍層從赤道西太平地區(qū)向赤道東太平洋地區(qū)逐漸抬升。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球全球大洋表層鹽度平均值以大西洋最高，印度洋次之，太平洋最低，空間分布極不均勻；海洋表層鹽度分布的總體特征為：緯線方向呈帶狀分布，從赤道向兩極呈馬鞍形的雙峰分布；在寒暖流交匯區(qū)域和徑流沖淡海區(qū)，等鹽線密集，鹽度梯度較大，在某些海域可達(dá)0.2/KM以上；海洋中鹽度的最高與最低值多出現(xiàn)在一些大洋邊緣海盆，由于蒸發(fā)很強(qiáng)而降水和徑流較小，同時(shí)與大洋水的交換不通暢，故鹽度較高；冬季鹽度的分布特征與夏季相似，只是在季風(fēng)影響特別顯著的海域，如孟加拉灣和南海北部地區(qū)，鹽度有較大差異。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球由于多種制約鹽度因子的影響隨深度增大逐漸減弱，所以鹽度的水平差異也隨深度的增大而減小。在水深500m處，高鹽中心移往大西洋西部。大洋深處的鹽度分布幾近均勻。500m水平鹽度差異~2.3；1000m水平鹽度差異~1.7；2000m水平鹽度差異~0.6。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球鹽度垂向分布在赤道海區(qū)表層較淺的低鹽水下，是由南、北半球副熱帶海區(qū)下沉后向赤道方向擴(kuò)展的高鹽水，被稱為大洋次表層水，具有大洋垂向上的最高鹽度；在高鹽次表層下，是由南、北半球中高緯度表層下沉的大洋（低鹽）中層水；在低鹽中層水之下，充滿了在高緯海區(qū)下沉形成的深層水與底層水，鹽度稍高。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球大洋中的海流通過(guò)輸運(yùn)作用改變?nèi)虻臒崃?、鹽度和生態(tài)要素的時(shí)空分布，從而進(jìn)一步影響全球的氣候變化和海洋生物資源的分布，從而影響人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。海流形成的物理機(jī)制：流作為一種在旋轉(zhuǎn)球體上運(yùn)動(dòng)的流體，主要受個(gè)四個(gè)作用力影響，它們分別為：應(yīng)力、壓力梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、摩擦力；風(fēng)生環(huán)流由風(fēng)在海氣界面產(chǎn)生應(yīng)力為主導(dǎo)，一般在海洋表層；熱鹽環(huán)流由海水密度變化引起的壓力梯度力主導(dǎo)，一般在海洋深層；二者之間并不存在涇渭分明的界限，在很多海區(qū)是混合為一體的。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球應(yīng)力因海流所處的位置不同來(lái)源也不同，主要可分為海表面和海洋深層兩種。在海表面應(yīng)力的來(lái)源主要為風(fēng)，極區(qū)冰-海界面應(yīng)力來(lái)源則為海冰的拖曳作用。在深海應(yīng)力的來(lái)源則為海流內(nèi)部流體之間的應(yīng)力。壓力梯度力則由不同位置間海水壓力的變化引起，這種變化主要由四種因素造成：海流本身引起的海水物質(zhì)輸運(yùn)，海水密度變化，大氣壓力變化和潮汐。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球在深水大洋區(qū)，風(fēng)應(yīng)力和壓力梯度力是表層海流的重要影響因子，因此也被稱為風(fēng)生環(huán)流；在氣候態(tài)意義下，風(fēng)應(yīng)力可以和海水輸運(yùn)引起的正壓梯度力以及地轉(zhuǎn)偏向力達(dá)成較好的平衡關(guān)系，使得全球氣候態(tài)風(fēng)應(yīng)力和氣候態(tài)表層海流之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性；實(shí)際天氣尺度下的海水流動(dòng)，還受到海水溫鹽變化引起的斜壓梯度力、摩擦力等等因素的影響。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球在淺水近海區(qū)，潮汐將主要影響因子，甚至在很多海區(qū)影響程度大于風(fēng)；而潮汐的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度則受海岸地形、水深、海底摩擦、引潮力的準(zhǔn)確度影響較大。不同時(shí)刻潮汐作用下海流和海表面高度的變化3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球受大陸分布影響，全球表層海流從氣候態(tài)角度可分為五大流渦，即：北太平洋流渦、南太平洋流渦、北大西洋流渦、南大西洋流渦、印度洋流渦，與海表面風(fēng)的分布形態(tài)相一致。流渦的西側(cè)為西邊界流，流渦的東側(cè)為東邊界流。赤道兩側(cè)，存在向西的南北赤道流系，海水沿赤道流系向西輸運(yùn)會(huì)遇到陸地造成暖水堆積形成向東的壓力梯度，加之赤道上風(fēng)應(yīng)力較弱，為滿足平衡關(guān)系會(huì)有部分海水回流向東，從而形成赤道逆流。在流渦西側(cè)普遍存在西邊界流，受地轉(zhuǎn)偏向力隨維度變化的影響，為滿足渦度守恒定律，流渦的中心會(huì)向西偏移，從而形成西邊界流流速大而狹窄的西向強(qiáng)化現(xiàn)象。在流渦東側(cè)存在東邊界流，受西向強(qiáng)化影響，東邊界流流幅偏寬流速偏弱，由于從高緯流向低緯，東邊界流為寒流。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.1全球海洋上升流：當(dāng)海水向前流動(dòng)時(shí)，受摩擦力和地轉(zhuǎn)作用的共同作用，會(huì)造成海水流向一側(cè)偏離（?？寺?yīng)），如果海流位于赤道，則海水在南北半球偏離方向不同會(huì)造成水平輻散，為彌補(bǔ)海水輻散造成的質(zhì)量損失，滿足力學(xué)平衡，深層海水會(huì)向表層輸運(yùn)，從而形成上升流。不局限于赤道，當(dāng)海流沿陸地邊界流動(dòng)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)輻散而引起上升流。海水上升需要克服巨大的重力位能，因此上升流一般非常弱，量級(jí)往往在毫米每秒以下，該上升流和潮汐引起的強(qiáng)上升流物理機(jī)理不同。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.2中國(guó)近海中國(guó)近海海溫分布特點(diǎn)由于中國(guó)近海南、北跨越溫帶、亞熱帶、熱帶，又受陸地和島嶼的環(huán)抱，溫度狀況的地區(qū)差異懸殊。渤海因水淺，封閉性較強(qiáng)，受大陸氣候影響顯著；加之注入渤海的河川徑流等影響，使渤海的溫、鹽分布及水文特征，具有相當(dāng)程度的孤立性和易變性。黃海北部，三面靠陸，易受大陸氣象的影響，溫度季節(jié)變化較大；黃海南部和東海，沿岸流系和外海流系交匯明顯，溫度狀況受海流影響較大；南海地處亞熱帶和熱帶，顯示若干熱帶深海的特征—終年高溫，地區(qū)差異和季節(jié)變化都小。中國(guó)近海溫度分布的基本特征：溫度自北向南逐漸遞增，其年較差卻由北向南逐漸減小。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.2中國(guó)近海類型月份原因特點(diǎn)冬季型12月至翌年3月太陽(yáng)輻射最弱，為全年溫度最低季節(jié)表層水溫高于氣溫，沿岸陸地氣溫低于海上氣溫，沿岸水溫低，外海水溫高，等溫線密集，水平梯度大，等溫線分布大體與岸線平行，暖水舌與海流路徑一致夏季型6~8月太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，使中國(guó)近海表層水溫普遍升高，成為全年水溫最高的季節(jié)因氣溫高于水溫，沿岸水溫高于外海水溫，使表層水溫的地理分布較均勻，水平梯度小，等溫線分布規(guī)律不明顯；水溫南北地區(qū)差異小；因表層增溫快，深層增溫慢，加之夏季對(duì)流、渦動(dòng)混合弱，使水溫垂直分布出現(xiàn)較強(qiáng)的層化現(xiàn)象過(guò)渡型4~5月和9~10月春季為增溫期，秋季為降溫期溫度狀況復(fù)雜多變、且不穩(wěn)定，規(guī)律性差，在水溫垂直分布方面，增溫期間出現(xiàn)微弱的垂直梯度，有弱的分層現(xiàn)象；降溫期間，溫度垂直梯度減弱，上均勻?qū)雍穸仍龃?，溫躍層厚度下沉，溫躍層遭到破壞。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.2中國(guó)近海鹽度的分布與變化，主要取決于海區(qū)的鹽量平衡狀況。對(duì)于外海或大洋來(lái)講，影響鹽度的主要因子有蒸發(fā)與降水之差值、環(huán)流的強(qiáng)弱以及水團(tuán)的消長(zhǎng)等。對(duì)于近岸海域，除上述因子外，江河入海徑流量的多少起著至關(guān)重要作用?？臻g分布的特點(diǎn)：表層低，深層高；近岸低，外海高；河口區(qū)最低，黑潮區(qū)最高。在渤、黃、東海，除夏季表層外，各層鹽度地理分布的總趨勢(shì)與冬季的溫度分布形勢(shì)基本相似，反映了海區(qū)流系的配置情況，與流系的分布相適應(yīng)。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.2中國(guó)近海海區(qū)平均鹽度分布特點(diǎn)渤海30.0中央、東部高、向北、西、南三面遞減的形勢(shì)黃海30.0~32.0鹽度狀況主要取決于黃海暖流高鹽水的消長(zhǎng)，黃海暖流帶來(lái)的高鹽水，由南黃海沿黃海中央北上延伸，并西侵進(jìn)入渤海，高鹽水是由南向北凸出而西伸的。東海33.0（黑潮區(qū)34，長(zhǎng)江口22.5以下）東海的鹽度分布取決于高鹽的黑潮水及低鹽的沿岸水的消長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)，等鹽線分布略呈西南—東北走向，西岸等鹽線極為密集，往東逐漸稀疏并分布均勻。西岸長(zhǎng)江沖淡水于冬半年貼岸南下，在浙江沿岸形成帶狀低鹽區(qū)。南海34.0南海西邊界為亞洲大陸，入海河流眾多，尤其是南海北部沿岸，表層鹽度較低，等鹽線密集。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.2中國(guó)近海海流控制因子1）盛行于海域上空的季風(fēng)場(chǎng)，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)，盛行季風(fēng)對(duì)表層流影響較大；2）中國(guó)海沿岸有大量河川徑流入海，在當(dāng)?shù)匦纬梢缘望}為主要特征的沿岸流；3）來(lái)自大洋的黑潮，黑潮及其入侵水是中國(guó)海環(huán)流的主干，它給中國(guó)海帶來(lái)大量動(dòng)量、熱量、鹽量和水量；4）潮流的非線性效應(yīng)，中國(guó)海是潮流十分顯著的海區(qū)，就渤、黃、東海而言，強(qiáng)潮流區(qū)的潮流流速，約為余流的10倍以上。；5）海區(qū)輪廓、形狀與地形，對(duì)環(huán)流的影響也十分重要。3.全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征3.2中國(guó)近海中國(guó)近海流系一是外來(lái)的洋流系統(tǒng)—黑潮及其分支和延伸體，也叫外海流系，具有高溫高鹽特性；二是當(dāng)?shù)厣傻暮Ａ鳌匕读骱惋L(fēng)生漂流，統(tǒng)稱沿岸流系，具有低鹽特性。除局部海域外，冬、夏兩季基本上相似，不會(huì)有大的變動(dòng)。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.1常用海洋預(yù)報(bào)模式及其特點(diǎn)POM模式POM（PrincetonOceanModel）由美國(guó)普林斯頓（Princeton）大學(xué)Blumberg和Mellor于1977年共同建立起來(lái)的一個(gè)三維斜壓原始方程數(shù)值海洋模式，后經(jīng)過(guò)多次修改成為今天的樣本，是被當(dāng)今國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的河口、近岸海洋模式。POM對(duì)于中國(guó)海的數(shù)值模擬研究也有巨大貢獻(xiàn)。FVCOM模式FVCOM（AnUnstructuredGrid,Finite-VolumeCoastalOceanModel）是由美籍華人陳長(zhǎng)勝及其所領(lǐng)導(dǎo)的美國(guó)佐治亞大學(xué)海洋學(xué)院海洋生態(tài)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)麻省大學(xué)海洋科學(xué)和技術(shù)學(xué)院海洋生態(tài)模型實(shí)驗(yàn)室人員于2000年成功建立的海洋環(huán)流與生態(tài)模型。該模式的主要特點(diǎn)是采用無(wú)結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格設(shè)計(jì)，用不重合的三角形單元將計(jì)算區(qū)域進(jìn)行劃分，每個(gè)三角形網(wǎng)格（element）由三個(gè)節(jié)點(diǎn)（node）、一個(gè)中心和三條邊組成，特別適合于重點(diǎn)目標(biāo)的精細(xì)化預(yù)報(bào)。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.1常用海洋預(yù)報(bào)模式及其特點(diǎn)HYCOM模式HYCOM是在美國(guó)邁阿密（MIAMI）大學(xué)等密度面坐標(biāo)海洋模式（MICOM）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。該模式是原始方程全球海洋環(huán)流模式，在保留了MICOM等密度面坐標(biāo)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，采用垂向混合坐標(biāo)（等密度坐標(biāo)、sigma坐標(biāo)和z坐標(biāo)的混合），從而可以在開(kāi)闊的層化海洋中采用等密度面坐標(biāo)，然后平滑地過(guò)渡到淺海或陸架區(qū)域的隨地坐標(biāo)，在混合層或?qū)踊幻黠@的海域則采用z坐標(biāo)。MITgcm模式MITgcm模式是由麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的大氣－海洋通用環(huán)流模式。它的全稱為MITGeneralCirculationModel，是一個(gè)被設(shè)計(jì)用來(lái)研究大氣、海洋和氣候的數(shù)值模式。它既可以用來(lái)模擬大氣現(xiàn)象又可以用來(lái)模擬海洋現(xiàn)象。大氣模式與海洋模式是由同一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)核心來(lái)運(yùn)行的。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.1常用海洋預(yù)報(bào)模式及其特點(diǎn)NEMO模式NEMO是由法國(guó)麥卡托海洋預(yù)報(bào)中心、意大利歐洲地中海氣候變化研究中心、英國(guó)氣象局等機(jī)構(gòu)主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的海洋數(shù)值模式，可進(jìn)行區(qū)域至全球數(shù)值模擬，具備單雙向嵌套功能，包含LIM海冰、TKE、KPP、潮汐耗散等參數(shù)化過(guò)程，具有z，z-sigma等多種混合垂直坐標(biāo)，已廣泛應(yīng)用于多個(gè)國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)應(yīng)用。ROMS模式ROMS模式是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一個(gè)三維、自由海面和基于地形跟隨坐標(biāo)的非線性斜壓模式。ROMS包含多種物理和數(shù)值算法，以及一些對(duì)生物地球化學(xué)、生物光學(xué)、沉積物和海冰等方面應(yīng)用的耦合的模塊。它也包含多種垂向的混合方案以及多能級(jí)的嵌套和組合網(wǎng)格。垂向采用沿地形S坐標(biāo)，并提供多種坐標(biāo)變換方式，可以根據(jù)需要對(duì)特定水深進(jìn)行加密。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.2全球溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋模式NEMO（NucleusforEuropeanModellingoftheOcean）是由歐美數(shù)十個(gè)國(guó)家共同參與開(kāi)發(fā)的先進(jìn)海洋數(shù)值模式，主要參與研發(fā)機(jī)構(gòu)有法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院、法國(guó)MercatorOcean、英國(guó)氣象局（MetOffice）、意大利CMCC。目前已廣泛應(yīng)用在法國(guó)、英國(guó)、意大利、加拿大等國(guó)的全球和區(qū)域預(yù)報(bào)系統(tǒng)中。目前NEMO除了包含基本溫鹽流數(shù)值模擬核心OPA之外，還具有：XIOS（并行輸出管理）、OASIS（氣候模式耦合器）、LIM（海冰數(shù)值模式）、TOP（海洋示蹤物分析系統(tǒng)）、PISCES（生物化學(xué)過(guò)程數(shù)值模擬）、Agrif（雙向嵌套模塊）、TAM（伴隨矩陣生成模塊）4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.2全球溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)同化：集合卡爾曼濾波（EnKF）是一種在大氣海洋數(shù)值預(yù)報(bào)中得到廣泛應(yīng)用的Kalman濾波方法。使用ESTKF方法可以提供較高的并行計(jì)算效率。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.2全球溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心高分辨率全球海洋動(dòng)力環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)自2014年5月啟動(dòng)研發(fā)，歷時(shí)三年，至2017年9月完成業(yè)務(wù)化試運(yùn)行。系統(tǒng)以1/12°全球NEMO模式為核心，集合濾波為主要同化手段，輔助以資料處理、作業(yè)運(yùn)維、產(chǎn)品制作、系統(tǒng)監(jiān)控等多項(xiàng)技術(shù)手段保障系統(tǒng)正常無(wú)故障運(yùn)行4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)NEMO全球9km高分辨率冰海耦合模式基于海洋環(huán)流數(shù)值模式NEMO和海冰數(shù)值模式LIM3的冰海耦合數(shù)值模擬系統(tǒng)；全球水平分辨率1/12度，分辨率2km~9km；水深地形采用DBDB2地形，垂向采用Z坐標(biāo)。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.3中國(guó)近海溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋模式ROMS包含準(zhǔn)確和有效的物理和數(shù)值算法，以及一些對(duì)生物地球化學(xué)、生物光學(xué)、沉積物和海冰等方面應(yīng)用的耦合的模式。它也包含一些垂向的混合方案，多能級(jí)的嵌套和組合網(wǎng)格。垂向采用沿地形S坐標(biāo)，并提供多種坐標(biāo)變換方式，可以根據(jù)需要對(duì)特定水深進(jìn)行加密。參數(shù)化方案豐富，并且可以提供海冰、生態(tài)、沉積物等模塊，可以實(shí)現(xiàn)與海浪和氣象模式耦合運(yùn)行。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.3中國(guó)近海溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)3DVAR數(shù)據(jù)同化EnOI數(shù)據(jù)同化4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)4.3中國(guó)近海溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)應(yīng)用現(xiàn)有中國(guó)近海業(yè)務(wù)化溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)基于ROMS模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，2010年開(kāi)始針對(duì)西北太平洋、北印度洋、黃東海、南海和渤海等五個(gè)區(qū)域開(kāi)發(fā)溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，采用大區(qū)（西太平洋）-中區(qū)（黃東海、南海）-小區(qū)（渤海）的依次單向嵌套方案，水平分辨率由5公里-3公里-1.5公里依次升高，其中大區(qū)和中區(qū)預(yù)報(bào)系統(tǒng)于2013年開(kāi)始正式業(yè)務(wù)化運(yùn)行，小區(qū)預(yù)報(bào)系統(tǒng)于2015年開(kāi)始正式業(yè)務(wù)化運(yùn)行。4.全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)采用偏差訂正方案，整個(gè)預(yù)報(bào)訂正流程如下圖所示；該訂正方案已經(jīng)應(yīng)用與近岸城市預(yù)報(bào)、海島海溫預(yù)報(bào)、近岸基礎(chǔ)預(yù)報(bào)等，在近岸臺(tái)站的海海溫觀測(cè)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)同化的基礎(chǔ)上再對(duì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行偏差訂正。預(yù)報(bào)時(shí)效均方根誤差0~24H0.1824~48H0.3748~72H0.50目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)5.1FVCOM海洋模式近岸海區(qū)地形、岸線復(fù)雜，除了自然的河口、島嶼，還有許多人工構(gòu)筑物如堤壩、碼頭等，無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的模型可以更好地?cái)M合岸線并能根據(jù)需要局部加密，容易滿足近岸海區(qū)精細(xì)化預(yù)報(bào)的要求。FVCOM的最新版本（Version4.0）包含了一系列可以選擇的功能模塊。這些模塊包括：（1）笛卡爾坐標(biāo)/球面坐標(biāo)系統(tǒng)模塊；（2）干濕處理模塊；（3）GOTM模塊/MY-2.5湍閉合模塊；（4）水質(zhì)模塊；海冰模塊；泥沙模塊；生物模塊；（5）數(shù)據(jù)同化模塊，如4-Dnudging、卡曼濾波等；（6）非靜力近似模塊；（7）浪流耦合模塊；（8）單、雙向嵌套模塊等。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)5.2數(shù)據(jù)同化松弛同化方法松弛同化也叫牛頓張弛逼近法，該方法在預(yù)報(bào)開(kāi)始之前的一段時(shí)間內(nèi)，通過(guò)在一個(gè)或幾個(gè)預(yù)報(bào)方程中增加一個(gè)與預(yù)報(bào)和實(shí)況的差值成比例的虛假傾向，在可使用觀測(cè)資料的時(shí)段內(nèi)，使模式解逼近實(shí)測(cè)資料，并使變量之間達(dá)到動(dòng)力協(xié)調(diào)，用這樣的模式解作為預(yù)報(bào)初值，以提高模式預(yù)報(bào)效果。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)5.2數(shù)據(jù)同化地波雷達(dá)資料的三維變分同化技術(shù)高頻地波雷達(dá)用于探測(cè)近岸大范圍的海面表面流，其探測(cè)距離可達(dá)300km，時(shí)間間隔高達(dá)十分鐘，在數(shù)值預(yù)報(bào)模式中，常用來(lái)同化海表流速，實(shí)際上可以看成是對(duì)風(fēng)應(yīng)力的一種修正，地波雷達(dá)同化的方法包括OI、nudging、卡曼濾波、變分等等方法，這里我們簡(jiǎn)單介紹三維變分在地波雷達(dá)表層流速同化中的應(yīng)用。需要指出的是，理論上由于地波雷達(dá)觀測(cè)的僅僅是徑向流速，而沒(méi)有切向流速的信息，因此使用單顆地波雷達(dá)的徑向流速觀測(cè)資料無(wú)法反演出該顆地波雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)的二維表層流矢量場(chǎng)。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)5.3應(yīng)用實(shí)例大亞灣精細(xì)化預(yù)報(bào)模型海域劃分為非結(jié)構(gòu)的三角形網(wǎng)格單元，共21672個(gè)節(jié)點(diǎn)，41364個(gè)網(wǎng)格單元。進(jìn)行了局部區(qū)域加密，最小網(wǎng)格分辨率為100米，主要分布在重點(diǎn)研究區(qū)域和島嶼附近，外海開(kāi)邊界附近分辨率較粗，以提高模型計(jì)算效率。表面強(qiáng)迫采用國(guó)家海洋預(yù)報(bào)中心WRF模式預(yù)報(bào)結(jié)果；開(kāi)邊界采用TPXO全球潮汐產(chǎn)品得到的8個(gè)分潮M2,S2,N2,K2,K1,O1,P1,Q1調(diào)和計(jì)算水位；河流邊界輸入采用珠江氣候態(tài)月平均徑流資料；溫鹽初始場(chǎng)采用氣候態(tài)SODA資料；海表溫度采用Nudging方法對(duì)OISST數(shù)據(jù)進(jìn)行同化。5.近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)5.3應(yīng)用實(shí)例大亞灣精細(xì)化預(yù)報(bào)模型分別給出大亞灣附近海域漲落潮時(shí)刻的流場(chǎng)圖和溫鹽預(yù)報(bào)圖。目錄概況溫鹽流基礎(chǔ)知識(shí)全球和區(qū)域溫鹽流時(shí)空特征全球和區(qū)域溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)近岸精細(xì)化三維溫鹽流數(shù)值預(yù)報(bào)海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)6.1中尺度渦海洋中的渦旋，常常被稱作“海中風(fēng)暴”；與大尺度的大洋環(huán)流，諸如黑潮，灣流，親潮等相比，它的旋轉(zhuǎn)速度甚至可以高出一個(gè)量級(jí)，而生命周期則顯得十分短暫，只有幾十天；南海是中尺度渦最活躍的海域，也是預(yù)報(bào)需求最旺盛的區(qū)域，其中呂宋海峽附近和越南以東海域是南海渦旋活動(dòng)最頻繁的兩個(gè)區(qū)域。冬季在呂宋島西北出現(xiàn)的呂宋冷渦、西南季風(fēng)期出現(xiàn)于越南以東的“偶極子”渦旋、一年四季在呂宋海峽口受黑潮影響而頻繁出現(xiàn)的暖渦以及暖渦-冷渦等，都是南海渦旋的典型過(guò)程。6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)6.1中尺度渦中尺度渦是海洋渦旋的一種，是具有天氣尺度的渦旋。一般意義上說(shuō)，它并沒(méi)有嚴(yán)格的定義，但是具有如下特征：生命周期幾十天，水平尺度上百公里，垂向影響深度在幾百米甚至上千米。這樣的渦旋，一般稱其為“中尺度渦”。按照渦旋的極性，中尺度渦分為氣旋渦和反氣旋渦兩種。氣旋渦是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦旋，中心往往對(duì)應(yīng)著上升流和冷中心，因此也稱“冷渦”；反氣旋渦是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦旋，中心往往對(duì)應(yīng)著下降流和暖中心，因此也稱為“暖渦”。6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)6.1中尺度渦診斷方法尺度渦的診斷一般基于SSHA（或SLA）或流速這2個(gè)要素進(jìn)行；預(yù)報(bào)中實(shí)際關(guān)注的中尺度渦要素包括：核心位置、渦區(qū)外圍（或者半徑、等價(jià)半徑）、極性、強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度、移動(dòng)速度等。早期渦旋的診斷都集中在海表面，對(duì)水下的結(jié)構(gòu)的了解微乎其微。隨著ARGO資料的爆發(fā)式增長(zhǎng)和數(shù)值模擬技術(shù)的快速發(fā)展，渦旋三維結(jié)構(gòu)越來(lái)越多的受到關(guān)注，但從算法上說(shuō)，渦旋垂向結(jié)構(gòu)的診斷一般基于流速或者壓力異常進(jìn)行。6.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)6.1中尺度渦預(yù)報(bào)產(chǎn)品示例基于中尺度渦的多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)概率分析工具，我們可以設(shè)置這樣的中尺度渦望都四級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)：

閾值級(jí)別發(fā)生概率振幅(cm)I≤1%≥21II[1%-5%)15-21III[5%-20%)10-15IV≥20%≤106.海洋中尺度現(xiàn)象診斷預(yù)報(bào)6.1中尺度渦針對(duì)專業(yè)用戶，我們可以給出點(diǎn)狀分布圖（圖左）。但是為了讓更多的用戶更直觀的看到分布情況，還可以進(jìn)行一種特殊的統(tǒng)計(jì)——網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)。按照實(shí)際需求將統(tǒng)計(jì)區(qū)域劃分為多個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，逐網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)渦旋生成個(gè)數(shù)，然后通過(guò)不同的顏色標(biāo)識(shí)，可以一目了然的看到渦旋生成的密集區(qū)域（圖右）。