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大气所发布历史(1940-2015)海洋温度格点数据
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2016-07-26 | 【 【关闭】

  一套具有完整全球海洋覆盖的格点温度数据是深入进行气候变化、海平面上升、物理海洋等研究的重要基础。国际上主要的数据中心都发布了各自的格点化海洋次表层温度数据并得到了广泛的使用,如英国气象局的EN数据、日本气象厅的Ishii数据、美国国家海洋和大气管理局的WOD、以及本世纪以来基于Argo的各种格点数据(IPRC、SCRIPPS)等。然而,不同的数据集对海洋次表层温度场的重构有较大差异。一个典型的例子是:近期对“变暖停滞”的科学讨论中,几个主要涉及海洋热含量变化的研究结论互相矛盾,解决这一争论的根本在于找到海洋次表层温度场重构存在的问题并进行有效的解决。

  过去(特别是Argo浮标观测网之前,~2005年之前),海洋温度观测数据较少且时空分布非常不均匀,因而需要一个时空插值方案(即客观分析或者mapping方法)将观测数据插值为一个具有完整全球覆盖的温度场。以往主要的数据集存在虚假偏差,一个主要原因是时空差值方案存在问题。如何进行合理的时空插值保证得到的分析场偏差最小是需要解决的一个核心问题。

  大气所成里京博士和朱江研究员提出了一个新的空间插值方案(Cheng&Zhu, 2016)。新的方法使用集合最优插值方法,并利用CMIP5多模式的历史模拟提供动力集合样本,以提供更好的初始场(作为一个先验估计)和背景误差协方差(定义了信息如何从有观测的区域传递到无观测的区域)。该方法有效的克服了目前主流方案的两个主要问题:(1)目前主要格点数据的插值方案的初始场一般设为0,这使得在2005年之前的分析场总是有偏向0的系统性偏差,低估了历史海洋次表层温度的长期变化。(2)目前主要的插值方案误差协方差场大部分为经验性构造的,一般是各向同性的。而利用CMIP5历史模拟能够提供更好的背景误差协方差,能够更准确地定义不同格点之间温度变化的相关性(各向异性),进而更好的对无观测的区域进行温度场重构。

  除mapping方案以外,该数据应用了大气所提出的XBT数据偏差订正方案(Cheng et al. 2014)对历史XBT数据进行偏差订正,该订正方案是国际XBT研究小组推荐的方案,能够最佳订正XBT系统性偏差,保证了历史海洋次表层观测数据的准确性。

  系统性分析和评估表明:该数据集能够很准确的再现1940-2015历史区间内的气候平均态、年代际变化(如PDO)、年际变率(如ENSO)、以及长期趋势(图1-4)。该数据集的方法介绍和检验结果发表在近期出版的Journal of Climate上(Cheng L. and J. Zhu*, 2016, Benefits of CMIP5 multimodel ensemble in reconstructing historical ocean subsurface temperature variation, Journal of Climate, 29(15), doi: 10.1175/JCLI-D-15-0730.1.)

  此外,由NCAR牵头的最新研究(Trenberth et al. 2016)比较了目前最常用的6种次表层格点温度数据(IPRC、SCRIPPS、EN4.1、JAMSTEC77、IAP)对2004-2014之间地球系统能量收支的估计,发现基于次表层温度格点数据的结果在月际尺度误差很大。尽管如此,大气所的格点数据在所用的六种观测数据中误差最小。

  新的数据为水平1度×1度网格、垂向从1m到2000m总共41层,月平均的从1940到2015年的温度数据。欢迎大家使用。数据的下载地址为:http://159.226.119.60/cheng/ 

  1. Cheng L. and J. Zhu*, 2016, Benefits of CMIP5 multimodel ensemble in reconstructing historical ocean subsurface temperature variation, Journal of Climate, 29(15), doi: 10.1175/JCLI-D-15-0730.1.

  2. Trenberth K, K., J. Fasullo, K. von Schuckmann, L. Cheng, Insights into Earth’s energy imbalance from multiple sources. Journal of Climate. doi:10.1175/JCLI-D-16-0339, in press.

  3. Cheng L., J. Zhu*, R. Cowley, T. P. Boyer and S. Wijffels, 2014: Time, probe type and temperature variable bias corrections on historical expendable bathythermograph observations. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 31(8), 1793-1825. http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JTECH-D-13-00197.1 

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