《海温观测方法及常用海温资料数据集比较》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海温观测方法及常用海温资料数据集比较（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、海温观测方法及常用海温资料数据集比较宝乐尔其木格;任国玉【摘要】对比介绍了几种常见的海温观测方法和目前气候变化分析中被广泛应用 的4套海温资料集。基于不同观测整合的海温资料存在多种误差，关于这些误差 已有了系统的误差分析方法，得到了质量较好、较完整的全球海温资料集 ICOADS、HadISST等，它们被广泛应用于海气相互作用、模式和气候变化研究 中。但是，目前海温观测资料的匮乏，无论在空间还是在时间上，仍然是各种不同 时间尺度海表温度特征分析的最大障碍。因此，不断地补充新资料、改进观测方法 和资料处理方法，获取全球或区域高质量长资料序列，仍然是今后海温资料分析工 作的重要任务。%Some co
2、mmon sea surface temperature (SST) observation methods and four datasets which are widely used in present climate change analysis are introduced and compared in this article. There are many kinds of errors including in blended SST data which is based on different observation methods. As to these err
3、ors, there already exists a systematic error analysis method and highly qualiifed, more sufifcient datasets as ICOADS and HadISST et al are obtained. They are widely used in ocean-atmosphere interaction, climate modeling and climate change analysis. However, the temporal and spatial deifciency of ob
4、served data is still the biggest handicap for analyzing multi-scale SST characteristics. Therefore, adding newly observed dataset continuously and improving observation method and data processing method to get global and regional high-quality, and long-term datasets are still the main tasks for SST
5、observation data analysis work.【期刊名称】气象科技进展 【年（卷），期】2013（000）006 【总页数】6页（P52-57） 【关键词】海温观测;海温资料;比较 【作者】宝乐尔其木格;任国玉 【作者单位】中国气象科学研究院，北京100081;中国科学院大学，北京 100049;中国气象局气候研究开放实验室，国家气候中心，北京100081;中国气 象局气候研究开放实验室，国家气候中心，北京100081【正文语种】中文 海洋和大气是气候系统的重要成员，它们是相互作用的流体。海洋作为大气的下垫 面对大气施以热力作用，以感热、潜热交换的形式对大气提供能量。大气对海洋
6、以 动力作用为主，它通过风应力作用影响海温的水平和垂直分布，如通过海洋环流影 响热量水平分布，当风速大的时候通过垂直混合海水影响海温的垂直分布。相比大 气，海水有较大的热容，因此海洋对大气环流变化具有较长久的“记忆”作用。海温资料可以通过船舶、浮标、卫星等多种平台观测，是海洋环境各要素中较容易 获得的空间范围最广、时间长度最长（至今已有200多年）的观测记录。目前已 能观测到全球范围（包括海冰）的海温，海温资料是全球气候变化分析中应用最广 泛的重要海洋参数。海温资料不仅应用于海洋气候特征分析，还在大气环流异常状 况分析、大气模式、海气耦合模式中作为边界条件或同化资料。在过去的200多 年里，海
7、温观测无论是在观测仪器还是在观测技术和平台方面都经历了多次的更新， 从最初的船舶航海日志到现在的卫星观测，资料在空间和时间上比以前更加丰富， 为长期海温分析和气候变化研究提供了宝贵的数据。海温资料的搜集、整理、质量控制、网格化等是很多学者长期致力于研究的重要课 题。国外关于海温观测方法、元数据处理、误差分析等研究较多1-3，并整理出 了几套完整的全球海温资料4-6。这些资料被广泛应用于全球和区域气候变化分 析中。国内的相关研究工作还比较薄弱，主要以分析比较不同海温资料集7-9、 利用已有的资料分析海温和海气相互作用10以及我国边缘海区域海表温度长期趋 势变化11 等为主。本文从观测方法、观测误
8、差、长期变化趋势分析等方面比较和评价了目前被广泛使 用的4套全球海温资料。海温观测已有200多年的历史，但直到1853年布鲁塞尔国际航海气象会议确定 启动全球海温资料的搜集工作并对资料进行标准化12才开始了对海温资料系统的 整理和分析。近200年中海温观测经历了水桶观测、ERI观测、船体感应观测、 卫星遥感观测等一系列方法的演化（表1）。其中20世纪40年代为由水桶观测 转为ERI观测的重要时期，在长期海温分析中通常将该时段前后分别进行处理。 20世纪80年代初开始使用卫星观测，大大提高了海温观测资料的时间和空间分 辨率。海温观测手段分为直接观测（用接触式温度计观测）和间接观测（利用卫星 观测
9、的亮温反演海温）13，早期的观测以直接观测为主，包括船舶观测、浮标观 测、船体感应温度计观测，船舶观测又分水桶观测、机舱引水观测、船体感应观测 3种。浮标分为固定浮标和漂流浮标。间接观测有红外和微波遥感观测。卫星利用 微波和红外辐射间接观测海洋表层温度，因为它只能观测到海表很薄的一层海水温 度，因此也称为皮层（表皮）温度14。船舶观测是海温资料最大、最可靠的数据来源。船舶观测资料分布与船的航线有关， 航线密集地区资料密度较大，白天多于夜间13，北半球中高纬度较多，北半球比 南半球多15。最早的船舶观测以水桶观测为主，观测时将水桶放到海里，再将装 满水的水桶拉到甲板上进行人工测量。最初的水桶材质
10、为木头、帆布和金属水桶， 其中木桶的绝热效果较好。20世纪40年代以前以木桶为主。后来用到隔热效果 更好的橡胶水桶和双层结构的水桶，可以观测到更加真实的海温12,16。水桶观 测海温通常比真实值偏低，这和观测方法、读数和记录过程中引起的误差有关12.14。机舱引水观测(Engine Room Intake，ERI)是利用温度计测量用以引 入轮机舱冷却涡轮机的海水温度。通常将温度计置于入口处测量，以免受到涡轮机 温度的影响17,18。机舱测温测量的是给涡轮机降温的海水，观测到的海温值通 常较水桶观测值偏大。当用精确温度计，温度计远离涡轮机时，这种误差会较小12.14。船体感应海温测量是利用船体上
11、安装的温度计直接测量海温。为了使温 度计始终在船的吃水线以下，经常垂直排列放置3 5个温度计。Emery等14指 出，与其他同时期的观测对比表明，船体感应温度具有较高的可信度和连贯性。该 方法被推荐使用，但是由于其安装费用较高，因此没能得到广泛的应用，其测量深 度比水桶观测要深，与ERI的测量深度相近17。自20世纪70年代开始使用浮 标观测海温12。浮标分为漂流浮标和固定浮标。漂流浮标观测范围较固定浮标大， 但是观测要素较少，且观测到的同一个点的时间序列不够长、不利于做长期分析， 且订正较不容易；而固定浮标可以进行长时间、多要素的定点观测1。固定浮标 可以得到上层海洋的温度廓线。卫星资料具有
12、较高的精度，在气候变异和预测中海温的卫星资料很重要。卫星遥感 在20世纪80年代开始应用于海温观测，它空间覆盖率高，能够观测船舶或浮标 不能观测的区域，但观测历史较短，容易受到云、气溶胶、水汽、火山爆发的灰尘 等颗粒物的影响。由于其空间分布的均匀性和高时间分辨率，卫星资料在近海区域 较现场观测资料有优势3,19。然而，在海冰和海冰附近区域卫星资料也不是很可 靠20。与其他观测方法相比，卫星观测具有较大的系统偏差，因此需要对其观测 海温资料进行偏差订正，通常用漂流浮标对其进行订正2。除了以上观测方法，海温观测还有海岛、海岸观测以及钻井平台上的观测等，但是 观测数据的缺乏仍然是海温分析研究中不确定
13、性的重要来源。同其他气候要素一样，海温观测误差包括系统误差和随机误差17,18,21,22，在 气候变化分析中系统误差的影响较大。不同的观测平台、方法存在不同的系统误差 18。Kent等21 定义随机误差为同一要素的独立、重复观测中不可预见的成分， 随机误差随着区域、时间、质量控制方法等变化，但其量值与质量控制有关。系统 误差可以通过扩大样本量来减小，因此样本量的增加有利于系统误差的确定。随机 误差和系统误差是同时存在的，且两种误差是相互影响的，如随机误差会影响系统 误差的评估22,23，随机误差主要在单个观测中较明显，它明显大于系统偏差， 而要找出系统误差需要长时间的序列，大的样本量有利于辨
14、别随机误差和系统偏差。 系统偏差主要由观测方法和仪器更换引起，海温观测经历了多次的观测方法和仪器 的更新，因此在海温气候趋势分析时有效评估这些系统误差是有必要的。由于不同 的观测方法存在不同的系统误差和随机误差，因此为了将以不同观测方法观测的资 料进行整合，就需要观测时详细的资料，如：观测方法、观测平台、环境信息（如 风速、航速、云、降水、气温）等，为偏差订正提供参考。3.1资料集简介为了得到长期、精确的全球海温资料，需要将用不同观测方法观测到的海温进行整 合得到完整的海温资料集。从19世纪中期开始，科学家们做了很多工作，并得到 了几套较完整的全球海温资料集，这些资料集被广泛应用于气候变化分析
15、和大气、 海洋环流模式研究中。由于不同海温资料集的元数据、质量控制方法、分辨率、插 值方法等均有所不同，因此应该根据不同分析需要选用相应的资料集。本文主要分析比较在气候变化分析和模式同化中被广泛应用的4种海温资料集 （表2），分别是英国Hadley中心的全球海冰海温资料（Hadley Centre SeaIce and Sea Surface Temperature dataset，HadISST）、美国 NOAA 的综合 海洋大气资料集(International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set , ICOADS)、美国NOAA/NCDC的延伸
16、重建的海温资料(Extended Reconstructed Sea SurfaceTemperature，ERSST)、NOAA 的最优插值海温 分析资料(Optimum Interpolation Sea Surface Temperature Analysis， OISSTA)等。ICOADS资料主要由船舶资料组成，也包括浮标资料，是目前最完整、最全面、 时间序列最长的现场观测资料。COADS( Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set)资料自1981年开始建立，最新版本为ICOADS RELEASE 2.5，时间 范围为16622007年。它是通过对原始数据进行数字化、质量控制、偏差订正、 网格化等步骤整理而成4,5。HadISST资料是Hadley中心的全球海冰和海温数据，是在GISST( Global SeaIce and Sea Surf
