南海及其邻近海域物理海洋气候态图集

图集说明 一、资料来源 本图集绘制数据来源为中国科学院南海海洋研究所（ South China Sea Institute of Oceanology，CAS）科研工作者整编的南海物理海洋学数据集（ South China Sea Physical Oceanographic Dataset 2014，简称 SCSPOD14）的数据。该数据集在收集大量中国科学院南海海洋研究所的历史科考数据基础上，融合了 WOD（World Ocean Database）、Argo浮标等开放数据，经多重严格的质量控制，汇集了 51 392个温盐廓线（ WOD09：1907年 2月至 2009年 1月共 33 198个有效剖面。 SCSIO：1971年 9月至 2014年 9月共 10 193个有效剖面。 Argo：2009年 1月至 2014年 12月共 8 001个 WOD09未包括的有效剖面） [2]。经过网格化处理及平滑处理等步骤，建立了南海及其邻近海域气候态平均温 -盐和温跃层 /混合层深度 /障碍层厚度的格点化物理海洋学数据集。输出数据水平分辨率为0.25°×0.25°，垂向为 57个标准层（表 1.1）。该数据集的建立为分析南海及其邻近海域区域的热力学过程、水团的时空变化及南海海盆尺度和中尺度海洋结构特征提供了观测基础。 表 1.1 标准层及对应深度 质量控制方法（见文献 [3]） （1）去除经纬度、深度有明显错误的异常剖面。 （2）对每个剖面的观测数据进行月检验、季节检验和年检验，对每个剖面给一个 5°×5°的搜索半径，去除那些偏离均值超过 3倍标准偏差的剖面。 （3）去除观测深度小于 15m的剖面。 （4）去除垂向分辨率过低的剖面（例如上 100m，如果相邻两个观测深度大于 50m，那么这个剖面剔除）。 （5）去除那些存在明显错误的剖面（如温度大于 35℃的剖面，水深 1000m以下温度大于 8℃的剖面，水深 100m以下盐度小于 30的剖面）。 （6）通过温 -盐曲线去除那些存在明显偏离的剖面。 网格化方法 首先对每个经过质量控制的剖面的温 -盐数据进行垂向插值处理：对于原本已经是标准层的温 -盐剖面利用三次样条插值方法将其插值到所需的新的各标准层深度上，对于垂向分辨率很高的 CTDa数据利用线性插值的方法将每个剖面的温 -盐数据插值到所需的新的各标准层深度上。 然后采用距离反比权重的方法将经过插值处理后的历史观测数据平均到 0.25°×0.25°的格点上，考虑到某些格点周围的观测点和某些深度的观测点较少，在对历史观测数据进行网格化处理的过程中，我们采用了可变的搜索半径，搜索半径从 0.25°逐渐增加，每次增加 0.1°，*大可增大到 4.5°，保证每个格点至少包含 5个历史观测的温 -盐剖面。在进行网格化的同时，对每个格点进行 3倍标准偏差检验，即如果用来平均到这一格点的剖面的观测值偏离格点均值大于 3倍标准偏差，则删除这一观测剖面重新计算这一格点的均值。 网格化结束以后，再对所得格点数据进行三次等权重 9点平滑处理，从而得到各个深度的气候态年平均、季节平均及月平均温 -盐数据。 二、海洋要素定义及计算方法和公式 1.海水温度、盐度和密度 海水温度（ sea water temperature）是表示海水热力状况的一个物理量，海洋学一般以摄氏度（℃）表示 [3， 4]。影响海水温度变化的因素可以分为大气热力（主要包括短波辐射、海面有效长波辐射、潜热和感热）和海洋动力（主要包括海洋平流、上升流 /下沉流等）两个主要因素 [5]。海流对局部海区的海水温度也有明显的影响。海水温度是海洋水文状况中*重要的因子之一，常被作为研究水团性质、描述水团运动的基本指标。 海水盐度（ sea water salinity）是海水含盐量的一个标度。海洋中发生的许多现象和过程常与盐度的分布和变化有关，在海洋科学中占有重要地位。海水盐度因海域所处纬度位置不同而有差异，主要受纬度、河流、入海径流、洋流等的影响。 1966年，JPOTS a CTD为温盐深仪推荐将海水盐度定义为与比值 R15（R15为一个标准大气压和 15℃条件下海水样品与 S=35.000的标准海水电导率的比值）的多项式形式。 海水密度（ sea water density）是指单位体积海水的质量，符号为 ρ，单位为 kg/m3，它是海水温度、盐度和压力的函数 [6]。现场密度是根据现场温度 t、实用盐度 s和压力 p计算出的海水密度，用符号 ρs， t， p表示。海水从某一深度（压力为 p）绝热上升到海面（压力为标准大气压 Pa）时所具有的温度为位势温度（ potential temperature），海水此时具有的密度为位势密度（potential density，一般用符号 ρσ表示）。 2.温跃层、盐跃层和密度跃层 将温度梯度大于 0.05℃/m的水层定义为温跃层，温度梯度大于 0.08℃ /m的水层为强温跃层 [7]。将较浅层的 0.05℃/m等值线定义为温跃层的上界，较深层的 0.05℃ /m等值线定义为温跃层的下界 [8]。温跃层上下界之间的深度差为温跃层厚度。 将盐度梯度大于 0.01的水层定义为盐跃层，盐度梯度大于 0.012的水层为强盐跃层 [8]。 将密度梯度大于 0.015kg/m4的水层定义为密度跃层，将密度梯度大于 0.025kg/m4的水层定义为强密度跃层 [8]。 3.混合层和障碍层厚度 由参考深度上的盐度和比参考深度处温度低 0.5℃的温度计算得到的密度所在的深度为混合层深度（即查找 ρs， t–0.5， p值所处的深度）[9， 10]。参考深度设定为 10m深度，首先计算 ρs10， t10–0.5， p10，寻找其密度值在 ρs， t， p所对应的深度位置，这个深度值即为混合层深度。 温跃层和盐跃层之间的水层为障碍层（barrier layer），之所以称为障碍层，是由于障碍层底部的温度变化对混合层热含量的影响机会为零，因此障碍层下海水混合所导致的冷却效应可以忽略不计。 4.等密度分层和位势涡度 将气候态 1～ 12个月平均的温 -盐 -密数据垂向插值成 1m间隔的数据，垂直方向根据密度分为 15层，分层标准为各密度层间的界面，定义如下： σ=22.00，22.50，23.00， 23.50，23.75，24.00，24.50，25.00，25.50，26.00，26.25，26.50，26.75，27.00，27.25；在每一层密度层计算各层的平均温度、平均盐度和该层的厚度。 位势涡度（ potential vorticity）简称“位涡”，在流体分层（如密度分层）条件下，每一层位势涡度的定义公式如下： 其离散形式为 式中， f为科氏参数； ηi、hi、σi分别为第 i层位势涡度、第 i层厚度和第 i层密度（第 i层密度取值为上下两界面的平均密度）；ηi单位为 m/s。