我所科研人员在自主(1/90°)非静力海洋环流模式研发及模拟数据共享方面取得新进展
近日,我所科研团队在自主非静力海洋环流模式研发及南海北部公里级(1/90°)海洋环境数据共享方面取得重要进展。
随着海洋与气候研究的不断深入,海洋环流模式的水平分辨率也不断提高,发展能够刻画亚中尺度过程的公里级模式已成为前沿之一。但是,由于海洋运动的水平尺度与局部垂向尺度相当,静力近似已不适用于百米-公里级高分辨率海洋数值模拟。基于压力修正方法,以动压修正项形式将非静水分量引入我所自主MASNUM静力海洋模式中,对静力模式计算的温盐流场进行非静力压强修正。
基于构建的自主MASNUM非静力海洋模式,首先开展了封闭区域理想驻波实验(图1),对比分析结果表明,静力模式由于对压强梯度刻画不准确,使得中部区域的水平流速偏弱,导致海水向两侧堆积,进而形成偏强的垂向速度;而引入非静力动压修正后,模拟的流速与解析结果的平均偏差与静力模式相比降低了约90%,显著提高了压强及流场的刻画精度,流场的长周期变化特征也明显改善。
其次,针对南海多尺度海洋动力过程相互作用研究的需求,构建了南海北部公里级(水平分辨率为1/90°,垂向75层)非静力海洋环流模式。与实测资料的对比结果显示,相较于静力近似模式,非静力模式模拟的垂直流速普遍更强,能够揭示更多且更精细的小尺度动力过程。非静力模式模拟的温度剖面相较于静力模式更贴近Argo观测数据(图2),尤其在吕宋海峡以西、内潮活跃的区域表现显著,表明在海洋环流模式中引入非静力动压项能够有效提升温度垂向结构的刻画精度。
基于构建的公里级(1/90°)非静力海洋环流模式制作并在科学数据中心(Science Data Bank)全球共享了2019一整年、时间分辨率为日尺度的南海北部海洋环境模拟数据集(https://doi.org/10.57760/sciencedb.27570,包括海表高度、正压水平流速等二维场,以及温度、盐度、流速等三维场),可为深入解析南海北部多尺度海洋动力过程相互作用、中尺度涡旋与亚中尺度过程的动力特征及季节变化规律等研究提供更精细的数据支撑。
相关工作以“Submesoscale daily data from a non-hydrostatic OGCM at 1/90° resolution over Northern South China Sea in 2019”为题目发表在学术期刊《Scientific Data》(https://doi.org/10.1038/s41597-026-06653-1)。该研究得到了国家自然科学基金、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目、国家重点研发计划、山东省自然科学青年基金、海洋十年国际合作中心科技合作项目、中韩联合海洋研究中心项目的资助,论文第一作者是庄展鹏副研究员,主要合作者包括我所宋振亚研究员、舒启研究员、孙丽娜助理研究员和袁业立院士,通讯作者为宋振亚研究员。

图1 a:理想实验中流场断面在0.8s的解析计算结果;b:非静力海洋模式的模拟结果;c:静力海洋模式的模拟结果

图2 非静力与静力模式模拟的温度剖面与Argo观测资料的对比
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