基于Argo资料研究热带太平洋海域上层海洋热盐含量的季节和年际变异

The knowledge of heat and salt budget is crucial to our understanding of global climate change and the coupling between atmosphere and ocean. But, due to the highly disagreement of temporary and spatial distributions of history ship-based observational data in subsurface ocean, biases of different oceanographic instruments, the choice of climatology on heat and salt content anomaly calculation and so on, estimation of the upper ocean heat and salt content had much uncertainty, particularly, the seasonal and inter-annual variations of heat and salt content and their related physical mechanisms have not been researched deeply. Fortunately, after the implementation of global Argo observation program which began in the year 2000, more than 1 million profiles of temperature and salinity with high measurement accuracy and high resolution have been accumulated, especially, the global ocean keeps observation with one Argo float per 3°each month after the year 2007 and the data increased by 120,000 profiles per year. Such excellence makes the precisely calculation of upper ocean heat and salt content and the analysis of their variations to be possible. So, this application is planning to use Argo profiling data (2004-2014) to calculate the upper ocean heat content and salt content of the tropical Pacific ocean and investigate the characteristics of its seasonal and inter-annual variations. Besides, it would also discuss the heat and salt budget of the tropical Pacific ocean during ENSO events, as well as deeply researches on the major factors which forced on the variations of heat and salt budget in the study region. This study would provide detailed background data in climate and ocean circulation models, and would also lay the foundation of study on the process of atmosphere and ocean coupling.

上层海洋热盐收支状况一直备受人们的关注，其对研究全球气候变化及海气相互作用过程有重要的作用。但由于历史上海洋次表层观测少且资料时空分布极不均匀、大量的XBT资料又因观测偏差较大、气候态构造具有较大局限性等原因，上层海洋热盐含量的估算存在非常大的不确定性，其季节和年际变化特征及其变异机制研究仍然不够详细和深入。全球Argo海洋观测网自2000年开始建设以来，已获取了超过100万条高精度和高时空分辨率的温盐度剖面资料，为准确估算海洋热盐含量和分析其季节和年际变化特征提供了可能。因此，本申请将利用超过10年（2004-2014）的Argo资料分析热带太平洋上层海洋热盐含量的空间分布、季节和年际变化特征，尤其是ENSO事件期间热带太平洋海域的热盐收支情况，探讨引起热盐异常变化的主要原因，为气候模式的模拟提供详尽的背景场，并为深入研究海气相互作用过程提供科学依据。

本项目于2015年启动，历经3年的时间，对热带太平洋海域上层海洋热盐含量的季节和年际变异进行了探讨研究。主要研究内容包括对Argo资料进行质量再控制，然后估算上层海洋热盐含量数据，并依据该数据集对热盐含量进行不同时间尺度和不同空间尺度的分析，并探讨引起其变化的可能原因，特别是与ENSO事件的内在联系等。主要研究结果为：1) 对于暖池范围的热盐含量，研究发现暖池海域次表层热含量的变化要远远大于表层，而盐含量恰好相反，以表层变化为主，次表层变化不大，且热含量受ENSO事件影响较大，而盐含量受ENSO时间的影响并不大，以准气候态变化为主，另外，西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量空间场有着明显的季节和年际变化，其年际变化主要周期都为3a；热含量空间场呈现东-西反相位振荡特征，盐含量空间场呈现正-负-正三极子变化模式，且时间序列显示，热含量在2007年以后经过3次位相调整，且这种年际变化都与ENSO事件有关，而盐含量2007年以后只经过一次位相调整，最后，暖池海域热含量还受到局地风和纬向流的影响。西太平洋暖池海域盐含量变化受到纬向流和淡水通量异常的正反馈式的影响；2) 对于整个热带太平洋，分析了混合层、温跃层以及0-700m等深度范围热盐含量的基本特征，及其在ENSO期间的时空变化特征，发现热带太平洋海域上层海洋0-700dbar、混合层和温跃层热含量都具有东西反相位年际振荡特征，但三者的分布特征略有不同，且混合层和温跃层热含量对ENSO事件响应更加显著。依据这些成果已经发表了3篇文章（还有文章在审稿中），且这些成果可以为气候模式的模拟提供参考，并为深入研究海气相互作用提供科学依据。基于项目的资助，培养了一名硕士研究生。项目研究过程中，不仅研制了一套基于Argo数据的混合层、温跃层数据产品，还开发了一套全球海洋Argo网格化数据集，并发布在国际Argo计划办公室官方网站上参与国际共享，基于该数据集，已有多篇研究论文发表在JC、JGR等杂志上。