Argo观测资料在中尺度涡引起的海洋内部示踪物混合参数化中的应用研究

Studies have been proved that mesoscale eddy produces string in the ocean interior, and facilitates the mixing of tracers, such as temperature and salinity. Since tracer mixing in the ocean interior is generally happened along the isoneutral direction, isoneutral slope is significant to parameterization of the mixing. Isoneutral slope in ocean modeling was calculated using model output temperature and salinity. The deviation of modeled data from reality, therefore, renders an unrealistic parameteration, and that in turn impacts the modeling results, forming a vicious circle. Given that, in this study we compute the isoneutral slope covering the upper 2000m of the global ocean using Argo profiling data, and incorporate the Argo-based isoneutral slope into the parameteration of mesoscale eddy-induced tracer mixing in the ocean interior to improve the parameteration. The improved parameteration is then implemented in global ocean climate model MOM4 for enhancing its capability of ocean climate simulation and prediction.

研究表明，中尺度涡能够在海洋内部产生搅拌效应，促进示踪物（温、盐等）的混合。中尺度涡引起的海洋内部混合主要是沿着中性面进行的，因此中性面斜率（isoneutral slope）对于该混合的参数化计算具有至关重要的作用。在以往的模式参数化中，中性面斜率是根据模式自身的温、盐模拟结果来计算得到。然而，模拟结果的系统偏差则必然导致中性面斜率的计算误差，从而造成混合参数化方案不能反映真实物理过程，进而反过来影响模拟效果，形成恶性循环。鉴于此，本研究将利用Argo观测资料来计算给出全球海洋上层2000米范围内的中性面斜率网格化产品，用于对中尺度涡引起的示踪物混合进行参数化计算，以改进现有参数化方案，并将新方案实现于海洋气候模式MOM4用于全球海洋气候数值研究。本课题旨在基于实际观测发展更为合理的中尺度涡引起的示踪物混合参数化方案，以提高海洋气候模式的模拟效果，及其在长时间尺度上的预测能力。

中尺度涡引起的海洋内部混合主要是沿着中性面进行的，因此中性面斜率对于该混合的参数化计算具有至关重要的作用。在以往的模式参数化中，中性面斜率是根据模式自身的温、盐模拟结果来计算得到。然而，模拟结果的系统偏差则必然导致中性面斜率的计算结果与实际情况发生偏离，从而造成混合参数化方案不能反映真实物理过程，进而反过来影响模拟结果，形成恶性循环。鉴于此，本研究利用Argo观测资料计算给出了全球海洋上层2000米范围内的中性面斜率网格化产品，分析了中性面斜率在全球范围内的空间分布情况和规律，并将产品应用于中尺度涡引起的混合的参数化计算，改进了现有参数化方案，并将新方案实现于海洋气候模式MOM4用于全球海洋气候数值研究。通过数值实验研究发展了更为合理的中尺度涡引起的示踪物混合参数化方案，提高了海洋气候模式的模拟效果，及其在长时间尺度上的预测能力。基于本研究结果发表了高水平论文9篇，在很大程度上促进了本理论研究的发展。