海洋漂流浮标轨迹的三维变分同化方法研究

由于海洋中的海流观测资料非常稀少，在目前发展的海洋数据同化系统中，很少将海流观测资料作为同化数据源。漂流浮标的移动轨迹反映了大洋流场信息，为提高流场分析精度提供了非常有用的数据源。由于漂流浮标的轨迹信息为拉格朗日量，直接同化有较大困难，并且涉及到温、盐场与流场的动力一致性问题。因此，浮标轨迹的同化方法研究是目前国内外前沿课题。本研究拟基于自主发展的一种多尺度三维变分数据同化方法- - 顺次递归滤波三维变分同化方法，研究建立漂流浮标，尤其是Argo浮标轨迹的同化模型：以温度、盐度和流速为控制变量，通过直接同化浮标位置变量，提高海流的分析精度；并通过引入动力约束条件，保证温度、盐度和流场的动力一致性，得到更合理的海洋三维温度、盐度和海流分析场。本研究预期可以发展一种有效的浮标轨迹同化方法，改善海洋流场的分析结果，为海洋数值预报和再分析提供更加合理的分析场，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

由于海洋中的海流观测资料非常稀少，在目前发展的海洋数据同化系统中，很少将海流观测资料作为同化数据源。漂流浮标的移动轨迹反映了大洋中的流场信息，为提高流场分析精度提供了非常有用的数据源。由于漂流浮标的轨迹信息为拉格朗日量，同化难度较大，并且涉及到温、盐场与流场的动力一致性问题。因此，浮标轨迹的同化方法研究是目前国内外前沿课题。本研究基于自主发展的一种多尺度三维变分数据同化方法——顺次递归滤波三维变分同化方法，研究建立了漂流浮标尤其是Argo浮标轨迹的同化模型，在该同化模型中，以温度、盐度和流速为控制变量，通过同化浮标轨迹，提高了海流的分析精度；通过将地转平衡作为动力约束条件引入目标泛函，保证了温度、盐度和流场调整的动力一致性。理想同化试验表明，如此得到的海洋三维温度、盐度和海流分析场更为合理。在此基础上，开展了表面漂流浮标和Argo浮标轨迹的实际数据同化试验，并将流场分析结果以及据此获得的浮标模拟轨迹与浮标真实轨迹进行了对比，结果表明吻合程度较好，从而验证了该方法的有效性。本研究发展了一种有效的浮标轨迹同化方法，改善了数值模式的流场分析结果，可以为海洋数值预报和再分析提供更加合理的分析场，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。