撰稿人：刘磊
审定：王卫强
近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）海洋模拟与生态动力团队与厦门大学薛惠洁教授合作，聚焦南极绕极流海域（凯尔盖朗岛海域附近），利用海表卫星观测资料对次表层动力过程开展重构反演研究，并结合(携带传感器的)象海豹所收集的高分辨率温盐剖面观测对比分析反演结果。相关研究成果以LTO刘磊博士为第一作者，厦门大学薛惠洁教授为通讯作者发表在《Journal of Physical Oceanography》上。
图1.(a) 基于象海豹所携带传感器收集的温盐剖面计算所得密度异常；(b) 利用卫星观测开展L19次表层重构所得密度异常；(c) 利用卫星观测开展isQG重构所得密度异常。横坐标为象海豹所经路程(1000-2300千米)，字母标注中尺度涡旋的实际观测位置。
对于广袤的海洋，尤其是在海况恶劣的海域，很难实现具有三维高时空分辨率的现场剖面观测。海洋卫星遥感虽然可以提供近实时、连续、覆盖全球并具有较高时空分辨率的观测，但是现阶段卫星遥感仅能获取海洋表层的信息，如何将卫星观测海表信息向下投影以实现次表层动力过程的反演，一直是海洋科学中的研究热点。
基于两种先进的动力学反演方法[内部表面准地转方法（简称isQG)及其改进版本(简称L19)]，研究团队利用卫星海表数据(高度、温度及盐度)针对次表层密度扰动场实施重构。与密度扰动现场剖面观测(图1a)相比，重构结果(图1b和1c)可合理地捕捉到中尺度结构信号(见图1字母标记)，图1b(图1c)与图1a的空间相关系数在上层400米都超过了0.8。
垂向运动(w)在海洋上混合层与深层的物质能量交换(如热量、盐度、生物地理化学元素等)过程中扮演着极其重要的角色。由于w的强度和时空尺度非常小，极难实现对w的直接观测。研究团队基于重构的三维变量场(密度及水平地转流)，利用二维准地转Omega诊断方程进一步计算地转变形场锋生作用引发的垂向运动wtg。尽管反演结果(wtg_L19，图2b；wtg_isQG，图2c)与基于现场观测的wtg_seal(图2a)整体上存在一定差别，在密度重构相对较好的局部区域(如图2虚线方框所示)，图2b(2c)与图2a比较吻合：二者空间相关系数可超过0.8。在信号强度上，反演结果（图2b和2c）弱于基于高分辨率剖面观测诊断的wtg_seal(图2a)，这主要是因为，卫星格点资料（尤其是海表高度）的时空分辨率较低，未来高分辨率卫星观测计划将有助于改善这些差异。
图2. 利用二维准地转Omega方程诊断的wtg。(a) 基于象海豹传感器观测的结果wtg_seal；(b) 基于L19重构密度的结果wtg_L19；(c) 基于isQG重构密度的结果wtg_isQG。横坐标为象海豹所经路程(1000-2300千米)，方框标注两个具体研究区域(1130-1360千米；1880-2020千米)。
图2. 利用二维准地转Omega方程诊断的wtg。(a) 基于象海豹传感器观测的结果wtg_seal；(b) 基于L19重构密度的结果wtg_L19；(c) 基于isQG重构密度的结果wtg_isQG。横坐标为象海豹所经路程(1000-2300千米)，方框标注两个具体研究区域(1130-1360千米；1880-2020千米)。 本研究成果为充分利用未来高分辨率卫星计划[如SWOT (Surface Water and Ocean Topography), OSCOM (Ocean Surface Current multiscale Observation Mission)]的反演工作打下先行基础，具有重要的科学意义和应用价值。
本研究得到中国科学院战略性先导科技专项、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项、国家自然科学基金、热带海洋环境国家重点实验室自主项目等的资助。
相关论文信息：Liu, L. and H. Xue*, 2022: Estimating the Ocean Interior from Satellite Observations in the Kerguelen Area (Southern Ocean): A Combined Investigation Using High-Resolution CTD Data from Animal-Borne Instruments. J. Phys. Oceanogr.,
DOI: https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0183.1
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