卫星遥感的高度计资料和海表温度资料的协调同化研究

The purpose of this project is to develop the assimilation scheme for the altimeter and SST data in a ocean data assimilation system. The multivariate dynamic balance operator will be used avoiding the conflict of the two kind of observation with three dimensional variation data method. These two observations has a inhomogeneous distribution. The Gaussian shape model of background error covariance failed to represent the small scale information only according to the variation of correlation scale. The new background error covariance model with a fat-tail will be used to resolved the problem. With the new model, the small scale observation could not be hampered in density area of observation, and the observation information could be transferred into the increment of analysis. The two schemes above will be applied in the BCC_GODAS2.0 to improve the assimilation.

本项目主要研究卫星遥感的SST和高度计资料协调同化方法。利用三维变分可以通过观测算子直接纳入动力约束关系的特性，本项目将选择一种有效的动力关系作为观测算子，使两种观测资料在同一个动力约束框架下协调同化，不会产生不平衡带来的噪音。这两种遥感资料在多数地区分布密集，但是在部分缺测较多地区分布稀疏。由于高斯型误差模型所具有的缺陷，单纯改变误差相关模型中的特征相关长度，无法充分提取小尺度的观测信息。本项目将设计一个厚尾型的非高斯背景误差协方差模型，在资料分布密集地区可以提取更多小于特征长度尺度的小尺度信息，同时又能保证缺测较多的观测稀疏地区有限的观测信息可以有效传递到分析增量上。综合两种方案，本项目将能最大化的利用观测信息，使卫星遥感的SST和高度计资料得到有效同化。

近年来卫星遥感技术的发展，给我们提供了海量的海表温度和高度计观测资料。如何将这两种资料进行动力协调的同化，并且在资料疏密不均的情况下最大化的挖掘观测信息，提高模式结果是我们同化研究的重点。本项目基于国家气候中心正在发展的新一代全球海洋资料同化系统，研究卫星遥感的海表温度和高度计资料的同化问题。.本项目首先研发了一种能够同时同化海面高度和海表温度资料，保证动力协调的三维变分同化方案。通过实际的同化实验发现两种观测资料的协调同化揭示了南海混合层的年循环特征，利用同化结果分析了南海风应力和浮力通量对南海混合层的厚度变化的影响，探讨了南海混合层变化机制。.其次本项目通过厚尾型的非高斯背景误差协方差模型的设计，解决了多尺度同化的问题，使不同尺度的观测信息都能有效传递到分析增量上。该协方差模型通过递归滤波算子，配合高效的极小化算法，在系统程序中能容易的实现。分纬度带计算了全球的背景误差协方差的特征长度，得到了拟合算子，可实际用于系统计算。.本次的同化由于方案更新，为了对同化系统的检验更为完善，在第一个执行年度建立了一个更为完善的全球海洋模式MOM4。在此模式基础上进行了单点同化实验，验证动力协调的同化方案，确认方案能达到的最高同化精度。核心程序模块编写完毕，进行了分纬圈的同化实验。.本项目主要是针对卫星遥感的海表温度和高度计资料设计了动力协调的多尺度同化方案。这种新方案，一方面将两种资料协调同化，在保留了一般的高度计同化方案对水柱整体优化较好的特点基础上，利用海表温度资料进一步优化了上层海洋的同化结果，并且保证模式多种变量是动力协调的，整体上提高了同化效果。其次，本项目设计的背景误差协方差方案，可以深入挖掘资料中的多尺度信息，在资料疏密不均的情况下，最大化的利用观测资料，并且不增加模式额外的负担。本项目的同化方案经过同化实验的验证，能达到原有的设计效果，有效提高同化结果。