全球业务化海洋预报进展与展望

海洋环境预报在经济发展和基础设施建设等方面发挥着越来越重要的作用,涉及到海上安全、海洋能源开发与保护、远洋运输和海洋渔业等许多领域和方面。近年来,各国的全球海洋预报取得了显著的进展。全球海洋数据同化实验(GODAE)Ocean View计划为各国提供协调和技术支持,发展并建立全球业务化海洋预报系统,将全球海洋预报的概念实现业务化运行。全球业务化海洋预报系统以海洋动力数值模式作为动力框架,将近实时高质量的观测输入场通过资料同化融入到模式中,实现对全球范围多时空尺度的海洋状况提供未来演替的预测,并对产品表现不间断地进行监测以保证预报服务的质量。简要介绍和回顾GODAE Ocean View所涵盖的全球海洋预报系统的发展历程和现状,并对全球海洋预报未来发展的难点与问题给予展望。     

海冰预报综合系统简介

为了适应海上航运、油气开发、海洋工程的需求, 建立海冰预报综合系统的构成.该系统主要通过建立完善的海冰资料库、改进目前海冰资料处理方法、预报手段, 延长海冰预报时效、提高预报精度, 对结构物安全性进行预测, 以满足环渤海经济迅速发展需求.     

全球海洋观测系统展望

一、引言 海洋在全球变化中起着关键性的作用。为了弄清海洋的作用我们必须进行长期的全球资料收集,并由此进行全球性的海洋观测,这需要熟悉海洋以及海洋与大气、陆地耦合的基本知识,以及必须的技术与人力、物力来发展和负担长期的海洋观测活动。 全球海洋观测系统的主要任务是长期、系统地收集物理、化学及生物学的观测资料,从而提供全球海洋现时状况,这些资料也能提供全球气候耦合模式的初始条件。在1990年8月的一份报告中,Henry Stommel曾指出:希望在2000年能得到完善的海洋“动态”模型,以此用来预测海洋涡流事件、厄尔尼诺事件、深水和中间层水构造的异常现象以及污染物扩散等问题,同时也可提供气候模式边界条件。     

全球冰-海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量 ,与大气和海洋的相互作用 ,直接影响大气环流和海洋环流 ,对气候及其变化具有重要影响。文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用 ,改进冰海洋热力耦合方案 ,利用由中国科学院大气物理研究所的 30层海洋模式和基于Flato空化流体流变学的海冰动力模式和Hibler表面热收支平衡的零层海冰热力模式 ,建立全球冰海洋耦合模式。利用大气月平均气候资料 ,利用冰海洋耦合模式对全球海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析。模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近 ,比 2 0层冰海洋耦合模式的结果有显著改进。北半球海冰范围偏小 ,但季节变化的量值与实际相当一致。模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征 ,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等。对海冰密集度的分析表明 ,模拟结果得以改进原因在于改进的冰海洋热力耦合方案增强了融冰期冰海洋耦合系统海洋热通量增加—密集度减小—能量收支增加的正反馈机制。     

研究发现:海脊影响暖洋流系统

水下海脊能够限制并影响大洋底部密度大的冷水流。如果没有海脊,深层海水可以自由流动,并加速海洋环流和海洋表面的暖洋流。海洋表面的暖水使得海冰的形成比较困难。没有海冰反射阳光,表面的水会吸收更多的阳光,进一步变暖。美国地质调查局的科学家们回顾了300万年到中上新世暖期的海水温度变化,研究了北大西洋的格陵兰—苏格兰海岭对表面水温的影响。美国地质调查局的科学家Marci Robinson指出:中上新世暖期的北大     

海冰反照率参数化方案的研究回顾

在全球变暖的背景下,北极海冰在发生快速变化,海冰覆盖范围明显减小,厚度显著变薄,积雪/海冰—反照率正反馈机制在此背景下变得愈发重要。气候系统和单一海冰模式采用了从简单到复杂的海冰反照率参数化方案。首先对模式中的海冰反照率参数化进行了回顾,并结合对现有卫星反照率产品问题的分析,概述了前人对参数化的评估研究工作。在此基础上进一步讨论了气候模式中海冰反照率参数化方案存在的问题,一方面目前的反照率参数化对海冰融池和冰间水道等物理过程的考虑还不够完善,另一方面反照率参数化方案的发展受到观测数据可用性的制约。最后对参数化的发展方向进行了初步探讨。     

2002年国外物理海洋学研究主要进展

在技术进步和多学科交叉的推动下,当今的物理海洋学研究已经大大突破传统的研究范畴。与气候变化相联系的缓慢变化海洋物理过程成为现阶段物理海洋学的核心研究内容之一。世界大洋环流研究计划（WOCE）在经过20年实施后于2002年结束,国际上物理海洋学研究又面临一个新的起点。2002年国外物理海洋学的研究涵盖了与大尺度问题相关的许多领域,主要成果体现在：热盐过程和热盐环流变率、海洋混合、年代际与长期海洋变率、印度洋气候变化、海洋盐度与气候变化、古海洋学、海洋模型等方面。     

中国全球业务化海洋学预报系统的发展和应用

中国全球业务化海洋学预报系统是国家海洋环境预报中心在国内首次构建的全球—大洋—近海3级嵌套的全球业务化海洋学预报系统体系,系统稳定高效业务运行,通过多种方式实时提供和发布全球多尺度多要素的海流、海浪、海温、海冰、海面风场等预报产品,实现了全球海域范围内从百公里级到公里级空间分辨率的一体化预报业务全覆盖。全球业务化海洋学预报系统从全球尺度、大洋尺度到中国周边海域包括8个子系统:全球海面风场数值预报子系统、全球海洋环流数值预报子系统、全球海浪数值预报子系统、全球潮汐潮流数值预报子系统、印度洋海域海洋环境数值预报子系统、极地海冰数值预报子系统、中国周边海域精细化海洋环境数值预报子系统、全球海洋环境预报业务化集成支撑子系统。该系统紧密结合我国经济社会发展和军事保障需求,在"雪龙号"极地遇险脱困预报保障、马航MH370失联飞机搜救预报保障、"蛟龙号"多次深潜海试预报保障、日本福岛"3.11"地震海啸核泄漏影响评估等重大事件的预报保障任务中发挥了至关重要的作用,为我国实施海洋强国战略,维护国家海洋权益、保障涉海安全生产、应对海上突发事件等提供有力的科技支撑。     

意大利的业务水文简介

介绍了意大利的业务水文管理模式以及水文测报、旱情监测、洪水预报模型技术等方面的情况和进展。     

建立高效机制 提供服务保障——解读《广西海洋观测预报业务体系发展规划》

2013年1月29日,广西海洋局出台了《广西海洋观测预报业务体系发展规划（2011-2020）}（以下简称《规划》）。《规划》的出台,为全面加强广西海洋观测预报业务能力建设,建立高效的运行机制,促进海洋观测预报业务体系的持续、健康、稳定发展提供了有力依据,为广西沿海社会经济建设提供更加有效的服务保障。     

Review and Prospect of Global Operational Ocean Forecasting

The marine environmental forecast plays an increasingly important role in economic growth and infrastructure development, and touches upon many fields and aspects, including marine security, energy resources development and protection, ocean shipping and fisheries. Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE) OceanView supports the national research groups providing them with coordination and technical support among the partners. Forecasting centers develop and establish global operational ocean forecast systems. The global operational ocean forecasting system uses the ocean dynamic numerical model as the dynamic framework, and the near real-time high-quality observation input field is integrated into the model by data assimilation to realize the future environmental forecasts of the marine conditions covering the multi-time scale. The products are routinely validated with observations in order to assess their quality. This paper briefly introduced and reviewed the development process and current situation of the global ocean forecasting system covered by GODAE OceanView, and outlined the future development of global ocean forecasting.     

Development and Application of the Chinese Global Operational Oceanography Forecasting System

Chinese Global operational Oceanography Forecasting System (CGOFS) is configured in three levels of nested grids from global ocean, open ocean to offshore. This global operational oceanography forecasting system architecture is firstly bulit in China by the National Marine Environmental Forecasting Center (NMEFC). It has been put into operational forecasting at NMEFC, providing real-time forecasting of multi-scale ocean current, temperature, salinity, wave, sea surface wind, etc. All the ocean forecasting products are released in many ways and made available through the online, realizing full-range coverage in resolution from hundreds kilometer to several kilometer. The CGOFS includes 8 subsystems: global sea-surface wind numerical forecasting subsystem, global ocean circulation numerical forecasting subsystem, global ocean wave numerical forecasting subsystem, global tide and tidal current forecasting subsystem, Indian Ocean marine environment numerical forecasting subsystem, polar sea ice numerical forecasting subsystem, refined marine environment numerical forecasting for China’s surrounding waters,and integration management subsystem for operational support service of the CGOFS. Operational applications of the CGOFS are closely connected with China’s economic-social development and military security needs. For example, the CGOFS palys a crucial role in environmental forecasting for Chinese research vessel and icebreaker Xuelong, MH370 Searching, submersible “Jiaolong” exploration and nuclear contaminant transport from Fukushima Daiichi nuclear power plant, providing important scientific support for developing an ocean power, protecting national maritime rights, ensuring marine safety and coping with ocean problems in emergency.     

全球海潮模型研究进展

阐述潮汐分析方法和建模方法,归纳总结了FES,CSR,GOT,NAO,TPXO,EOT,DTU,HAMTIDE及OSU系列全球海潮模型的建立机构、使用数据及构建方法等。对比分析2010年后出现的几种新的海潮模型(FES2012,EOT11a,DTU10和HAMTIDE11a)在南大洋的M2振幅,发现模型间差异主要集中在浅水及极地地区,其中极地地区高精度卫星测高数据的缺少及海冰的季节性变化,是导致建模精度较差的主要原因。最后对海潮模型的发展方向提出一些建议。     

Current Status of Global Ocean Reanalysis Datasets

With the development of the ocean satellite remote sensing technology, the reanalysis of past oceanic observations using modern data assimilation technique and the restructuring of the long-term and consistent gridded data products have made great progress. Such datasets provide us with the most primary research tools to identify the state and evolution of ocean, and understand the role of ocean in climate change and variability at different spatial-temporal scales. In this paper, the current research status in the global reanalysis datasets including some of international global ocean reanalysis projects and the corresponding reanalyzed products were systematically reviewed. In addition, the present status of the domestic research of ocean reanalysis datasets was briefly introduced. The validation of the reanalysis datasets and some quality problems represented by the reanalyzed products, and the Ocean Reanalyses Intercomparison Project were systematically reviewed. Moreover, the prospects of the studies of oceanic reanalysis in the future were also discussed in this paper.     

Ocean Drilling Investigation of the Global Subduction Processes

Subduction zones are one of the most critical types of plate boundary of the Earth system, crucial for the global geochemical recycling of the Earth system, genesis of island arc and continental crust, and mechanisms of earthquake and tsunami processes. Ocean drilling plays an essential role in advancing our understanding of the subduction processes. This paper highlights the recent progress and scientific goals of the international ocean drilling programs in subduction systems and discusses implications for strategic planning of the future ocean drilling initiatives.     

Research Progress of Long-term Ocean Temperature Changes in the Southern Ocean

In the recent decades， a large amount of anthropogenic heat has been absorbed and stored in the Southern Ocean. Results from observations and climate models' simulations both show that the Southern Ocean displays large warming in the upper and subsurface ocean that maximizes at 45°~40°S. However， the underlying mechanisms and evolution processes of the Southern Ocean temperature changes remain unclear， leaving the Southern Ocean to be a hotspot of climate change studies in the recent years. The present study summarized the current progress in the observations and numerical modeling of long-term temperature changes in the Southern Ocean. The effects of changes in wind， surface heat flux， sea-ice and other factors on the ocean temperature changes were presented， along with the introduction to the role of oceanic mean circulation and eddies. The present study further proposed that a deepening of the understanding in the Southern Ocean temperature change may be achieved by investigating the fast and slow responses of the Southern Ocean to external radiative forcing， which are respectively associated with the fast adjustments of the ocean mixed-layer and the slow evolution of the deep ocean. Specifically， the striking and fast mixed-layer ocean warming north of 50°S is tightly related to the surface heat absorption over upwelling regions and wind-driven meridional heat transport， resulting in enhanced warming around 45°S. While in the slow response of the Southern Ocean temperature， the enhanced ocean warming shifts southward and downward， mainly associating with the heat transfer from oceanic eddies. The Southern Ocean temperature has pronounced climatic effects on many aspects， such as global energy balance， sea-level rise， ocean stratification changes， regional surface warming and atmospheric circulation changes. However， large model biases/deficiencies in simulating the present-day climatology and essential ocean dynamic processes last in generations of climate models， which are the main challenge in advancing our understanding in the mechanisms for the Southern Ocean climate changes. Therefore， to achieve reliable future projections of the Southern Ocean climate， substantial efforts will be needed to improve the model performances and physical understanding in the relative role of various processes in ocean temperature changes at different time scales.     

中国近海海洋锋和锋面预报研究进展

海洋锋是水文要素特性不同的2个水团之间的狭窄过渡带,是一种重要的中尺度海洋现象,对渔业、军事和海洋环境保护等许多领域有重要影响,已经成为近年来物理海洋学以及海洋交叉学科中的重要课题之一。中国近海由于众多环流、水团和涡旋在此交汇,海洋锋现象十分显著,近年来,我国学者对中国近海的海洋锋产生机制和变化规律取得了一定的进展。首先从实测水文资料分析、遥感资料分析和数值模拟3个方面分别回顾了黄海、东海、南海北部等中国近海海域海洋锋的研究进展。对于海洋锋的预报研究,我国起步较晚,但目前对近海海洋锋预报的需求十分迫切。回顾总结了国外海洋锋预报的进展,集中介绍了黑潮锋、冰岛—法罗群岛锋、湾流锋和墨西哥湾锋面涡旋的预报方法和现状,最后对如何开展中国近海海洋锋预报提出思考和展望。     

大洋钻探计划的最新动态

大洋钻探计划（ODP）是一个重要的海洋科学国际研究计划,其目的是通过钻探和测井来增进人类对大洋岩石圈（沉积物和地壳）的地质历史、结构和演化等基本问题的认识。ODP的前身是始于1968年的深海钻探计划（DSDP）和始于1975年的国际大洋钻探项目。美国国家科学基金会于1983年10月至1984年10月间对JOIDES“决心号”大洋钻探船进行了改造。1985年初ODP正式实施,并将延续至2003年。现得到代表20个国家的7个国际合作伙伴的财政支持。本文介绍了ODP计划的长期计划的优先科学领域、钻探目标及最新动态。     

BP神经网络洪水预报模型在洪水预报系统中的应用

采用相关分析法,在区域降水、观测断面流量(或水位)因子中识别出影响预报断面径流过程的主要变量,在多个观测断面的数据均为流量情况下,采用基于时延组合的合成流量为影响预报断面径流过程的变量,采用自相关分析法,识别出影响预报断面径流过程的前期流量(或水位),以这些变量为BP神经网络模型的输入,以预报断面的流量(或水位)为模型的输出,在BP神经网络隐层节点数自动优选的基础上,构建了基于BP神经网络的洪水预报模型。将模型载入中国洪水预报系统中,应用结果表明:模型在历史洪水训练样本具有一定代表性的情况下,可获得较高的预报精度。     

基于卫星高度计的全球大洋潮汐模式的准确度评估

依据152个深海验潮站与大洋岛屿地面验潮站观测得到的8个主要分潮(M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1及Q1)调和常数,对现有7个全球大洋潮汐模式的准确度进行了检验,结果显示各模式在深海大洋区域均达到了比较高的准确度:M2分潮的潮高均方根偏差在1.0～1.3cm之间;8个分潮的和方根偏差在2.1～2.3cm之间,与早期的模式相比,准确度又有了进一步提高。还依据中国近海18个岛屿的调和常数对其中的5个大洋潮汐模式的准确度进行了检验,结果表明,M2分潮均方根偏差在4.4～10cm,明显高于大洋的均方根偏差。其中日本国家天文台的潮汐模式NAO99在中国近海的结果相对较准确。