不同資料下赤道太平洋地區海面溫度特征的區別①

摘 要:目前關于海面溫度空間和時間的特征研究已經十分廣泛，并且這些研究成果已經應用到大氣模式的研究中。在已有的大氣模式或者耦合模式研究中都是給定某一種海洋資料下的海溫異常特征來考察大氣模式或者耦合模式對于這種異常海溫型的響應，目前隨著海洋觀測技術的進步，對海洋的觀測方法越來越多，海面觀測資料日益豐富和完善。而不同資料的觀測手段、分辨率、處理方法各有區別，在應用這些數據進行模式研究時就會產生一定的差異。因此對目前已有的各種資料進行分析比較，找出它們之間的共同點與不同點，對于大氣模式和耦合模式的研究具有一定意義，也可以為其他研究工作提供一定的參考。

關鍵詞:赤道太平洋地區海面溫度特征

中圖分類號:X文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0137-01

海面溫度是海洋要素場中的基本量之一，同時也是海-氣相互作用領域中最關心的物理量之一。目前最為人們所關注的發生在赤道太平洋地區的ENSO事件在海洋上最直觀的表現就是海面溫度的變化。

1 數據描述及研究方法

在本論文研究過程中共收集了10種資料進行比較，分為海洋觀測儀器實測資料，太空衛星的海面遙感資料，海洋模式中的海面溫度資料，已有的海洋同化數據資料和耦合模式控制實驗中的海面溫度，最后采用其中的7種資料進行了分析和比較。分別為:Argo浮標觀測結果，格距為1°×1°，時間長度為2005年至2007年的月平均。AVHRR觀測資料，其分辨率為9公里，時間長度從1985年1月至2003年5月。GISST資料和HadISST資料，兩套資料的分辨率都為1°×1°，GISST資料從1947年12月到2002年9月，HadISST資料從1870年1月到2007年3月。SODA6的海面溫度數據，空間分辨率為0.5°×0.5°，時間長度為1958年到2001年的月平均。FOAM模式的海面溫度，海洋的水平分辨率為2.8°lon×1.4°lat×24L，時間長度為50年的月平均。FGOALS模式的海面溫度，海洋的水平分辨率為1°lon×1°lat×33L，時間長度為70年的月平均。

本文選取的研究范圍為30°S-30°N，120°E-120°W的太平洋地區。

在大氣和海洋科學研究中，EOF是比較常見的分析方法，它主要用來分析物理量場的主要變化特征，基本思想是把包含ｐ個空間點(或ｐ個變量)的n個時次的觀測場隨時間進行分解。

2 赤道太平洋地區的SST分析

2.1 SST年平均分析

由于Argo資料為浮標實測結果，因此以其為標準，但因時間長度較短，僅為三年，所以將AVHRR的衛星觀測反演結果同時做為標準，同其他五種資料進行比對。

首先分析暖池的大小和溫度，定義28°等溫線所包含的區域為暖池區。對比作為標準的Argo資料和AVHRR資料發現，二者顯示的溫度范圍、等溫線走向相仿，暖池的大小也基本一致，可以共同作為標準，二者的區別是Argo資料的等溫線較曲折而AVHRR資料的等溫線更平滑。將其他資料結果與標準對比，可以發現海洋模式SODA6的暖池范圍與Argo資料和AVHRR資料的結果十分相近，基本吻合，海面溫度在29°以上的高溫海水區域的形態及面積也十分相符。兩套海洋同化資料GISST和HadISST的暖池范圍也與標準的對比結果基本吻合，只是在29°以上的高溫水區域面積略小，其中HadISST資料的面積更小一些。同標準相差較大的是兩套耦合模式資料FGOALS和FOAM，兩套資料中的冷舌西伸更強，幾乎延伸至大洋西岸，且北半球的暖池與南半球暖池相比在經向上伸展更廣，這與觀測結果有較大差異。兩套耦合模式資料的不同點是:FGOALS模式所模擬的海面溫度同觀測結果及其他資料結果相比整體偏低，29°以上高溫水區在南半球與標準結果大致相符，在北半球則遠大于實際范圍；FOAM模式所模擬的海面溫度則整體偏高1°～2°，暖池中出現了30°以上的區域，29°以上區域面積甚至超過了其他資料的暖池區面積。

其次是冷舌的比較，SODA6、GISST和HadISST資料的冷舌不論在溫度、面積還是伸展長度上都與Argo和AVHRR的結果極為接近，存在差異的只有兩種耦合模式的結果，FGOALS和FOAM資料的冷舌都向西伸展得太長以至將暖池切為南北兩塊，只是FGOALS資料的冷舌溫度比觀測值低而FOAM資料的冷舌溫度比實測值高。

2.2 EOF分析

對各種資料的EOF空間型和時間序列進行對比，由于Argo資料僅有三年，且是經過插值處理的資料，作出的EOF空間型不具有指導意義，而AVHRR資料的格點數過多，在經過跳點處理后，由于衛星自身的缺省值問題，算出的EOF空間型缺測點很多，難以應用，因此在這里只對其他五種資料的EOF第一模態的空間型和時間序列進行對比分析。

SODA6模式，GISST，HadISST，FGOALS耦合模式，FOAM模式五種資料的第一模態方差貢獻率都為最大，在15%以上，可以作為代表。對比五種資料的EOF空間型均可看到赤道中東太平洋地區的極大正值區，除了FOAM耦合模式之外其他資料的正值區均大體位于5°S-5°N之間，FOAM模式資料所占的范圍略寬，整體在10°S-10°N之間，但正值極大區也位于5°S-5°N區間內，大正值區的出現與ENSO事件帶來的海面溫度較大變化相互符合，幾種資料的EOF結果都佐證了ENSO事件的發生。SODA6海洋模式資料的EOF結果體現出了類似的分布，正值區向西伸展到160°E附近，極大值出現在最東方，數值與兩種海溫同化資料也較為接近。耦合模式FGOALS資料的正值區一直向西伸展到超過140°E經線，極大值也出現在東太平洋，但數值比SODA5、GISST和HadISST的數值都要大。FOAM模式的結果則有些不同，極大值出現在中太平洋，大約位于160°W和170°W之間，數值大小比其他的四種資料都要大，正值區分別向兩側伸展，向西伸展超過150°E經線。

3 結語

對七種資料SST平均態的分析可知，耦合模式之外五種資料的平均態十分接近。兩種耦合模式，在赤道太平洋區其冷舌的西伸均遠超過實際，暖池區范圍也更大。

GISST、HadISST、SODA6、FGOALS和FOAM五種資料的 EOF分析結果顯示，東赤道太平洋海溫年際變化的ENSO模態都是五種資料赤道海域EOF模態中最顯著的，其中耦合模式得到的變化強度更大，FGOALS海溫的年際變化上整個赤道太平洋表現出一直的趨勢，FOAM結果海溫年際變化的中心位于中太平洋。