Компонент международной Программы исследования мирового климата
Эксперимент по циркуляции мирового океана (WOCE) был частью международной Программы исследования мирового климата и был направлен на установление роли мирового океана в климатической системе Земли . Полевая фаза WOCE проходила с 1990 по 1998 год, за ней последовала фаза анализа и моделирования, которая продолжалась до 2002 года. [1] Когда WOCE был задуман, было три основных мотива для его создания. Первая из них — недостаточное покрытие мирового океана, особенно в Южном полушарии . Данные также были гораздо более скудными в зимние месяцы, чем в летние месяцы, и была — и до сих пор в некоторой степени есть — критическая потребность в данных, охватывающих все сезоны. Во-вторых, существовавшие данные изначально не собирались для изучения циркуляции океана и не очень подходили для сравнения моделей. Наконец, были опасения, связанные с точностью и надежностью некоторых измерений. WOCE должен был решить эти проблемы, предоставив новые данные, собранные способами, разработанными для «удовлетворения потребностей моделей глобальной циркуляции для прогнозирования климата ». [2]
Цели
Для кампании были поставлены две основные цели. [1]
1. Разработать модели океана, которые можно использовать в климатических моделях, и собрать данные, необходимые для их тестирования.
В частности, следует понимать:
- Крупномасштабные потоки тепла и пресной воды
- Динамический баланс циркуляции Мирового океана
- Компоненты изменчивости океана от месяцев до лет
- Темпы и характер формирования, вентиляции и циркуляции водных масс, влияющих на климатическую систему в масштабах времени от десяти до ста лет [3]
Для достижения цели 1 ВПИК наметила и установила основные проекты, которые будут иметь приоритет. Первым из них был проект «Глобальное описание», который был призван получить данные о циркуляции тепла, пресной воды и химических веществ, а также статистику водоворотов . Второй проект — «Южный океан» — уделял особое внимание изучению Антарктического циркумполярного течения и взаимодействию Южного океана с Мировым океаном. Третьим и последним основным проектом, обслуживающим цель 1, был « Эксперимент по динамике круговорота ». Второй и третий из этих фокусов специально разработаны для изучения роли океана в десятилетних изменениях климата. Первоначальное планирование WOCE гласит, что достижение цели 1 будет включать «сильное взаимодействие между моделированием и полевыми работами», которые более подробно описаны ниже.
2. Определите репрезентативность набора данных для долгосрочного поведения и найдите методы определения долгосрочных изменений вокеанские течения
Конкретно:
- Определить репрезентативность конкретных наборов данных WOCE
- Определить те океанографические параметры, индексы и поля, которые необходимы для продолжения измерений в системе наблюдения за климатом в десятилетних масштабах времени.
- Разработать экономически эффективные методы, пригодные для использования в постоянной системе наблюдения за климатом [3]
Моделирование
Модели в WOCE использовались как для экспериментального проектирования, так и для анализа данных. Модели с использованием данных могут включать различные свойства, включая тепловой баланс ветра, поддержание бюджета баротропной завихренности и сохранение тепла, пресной воды или массы. Измерения, полезные для этих параметров, включают тепло, пресную воду или концентрацию трассера; течение, поверхностные потоки тепла и пресной воды; возвышение поверхности моря. [3]
В ходе WOCE использовались как обратное моделирование, так и ассимиляция данных. Обратное моделирование — это подгонка данных с использованием числовых наименьших квадратов или процедуры максимального правдоподобия. Метод ассимиляции данных требует сравнения данных с первоначальной интеграцией модели. Затем модель развивается во времени с использованием новых данных и повторением процесса. [3]
Для успешного применения этих методов необходимо достаточное количество данных для полного ограничения модели, поэтому необходима комплексная полевая программа.
Полевая программа
Цели полевой программы WOCE были следующими. [1]
- Эксперимент будет носить глобальный характер, и основные наблюдательные компоненты будут развернуты во всех океанах.
- Требование одновременности измерений будет предъявляться только в случае необходимости.
- Гибкость, присущая существующим соглашениям о совместных исследованиях в мировом океанографическом (и метеорологическом) сообществе, будет использоваться в максимально возможной степени.
Основные элементы полевой программы WOCE [3]
- Спутниковая альтиметрия
- Планы, основанные на наличии ERS–1 и ERS–2 (европейских), TOPEX /POSEIDON (американских/французских) для изучения полей поверхностного воздействия и топографии поверхности океана [2]
- Гидрография
- высококачественные профилометры проводимости, температуры и давления, а также приборы свободного падения для создания климатологической базы данных температуры и солености [2]
- Геохимические трассеры
- использование химической информации (такой как радиоактивный распад и история атмосферы) пассивных соединений для изучения скоростей формирования и переноса водных масс в климатических временных масштабах
- Потоки на поверхности океана
- использование натурных и спутниковых измерений для количественной оценки потоков тепла, воды и импульса (необходимо для моделирования термохалинной и ветровой циркуляции)
- Спутниковые ветры
- использование поверхностных буев, судов добровольного наблюдения (СДН) и спутниковых микроволновых систем скаттерометров для измерения поля поверхностного ветра
- Наземные метеорологические наблюдения с помощью VOS
- улучшение отбора проб и точности приземных метеорологических измерений, а также увеличение охвата территории
- Наблюдения за верхними слоями океана с торговых судов
- линии отбора проб одноразового батитермографа (XBT) для изучения изменений теплосодержания верхнего слоя океана
- Измерения уровня моря на месте
- модернизация и установка новых уровнемеров для калибровки альтиметрических измерений
- Дрейфующие буи и поплавки
- Поверхностные дрейфующие буи обеспечивают измерения, такие как давление на уровне моря , температура поверхности моря , влажность , осадки , соленость поверхности, а также течения у поверхности и на средней глубине.
- Заякоренные приборы
- предоставляет подробную временную информацию по ряду участков и глубин
Итоговые выводы
Этот список, хотя и не является исчерпывающим, содержит выборку наиболее цитируемых статей и книг по результатам WOCE.
- Ганашо, Александр; Вунш, Карл (23 ноября 2000 г.). «Улучшенные оценки глобальной циркуляции океана, переноса тепла и перемешивания по гидрографическим данным». Nature . 408 (6811): 453–457. Bibcode :2000Natur.408..453G. doi :10.1038/35044048. PMID 11100723. S2CID 4416105.
- Циркуляция океана и климат, Наблюдение и моделирование мирового океана, 1-е издание , редакторы Джеральд Сидлер , Джон Гулд и Джон Чёрч, Academic Press, 736 стр. (Международная геофизическая серия 77) 2001
- Stammer, D. (2003). "Объем, тепло и переносы пресной воды глобальной циркуляции океана 1993–2000 гг., оцененные с помощью модели общей циркуляции, ограниченной данными World Ocean Circulation Experiment (WOCE)" (PDF) . Journal of Geophysical Research . 108 (C1): 3007. Bibcode :2003JGRC..108.3007S. doi :10.1029/2001JC001115. hdl : 11858/00-001M-0000-0014-3AA4-A .
- Ганашо, Александр (2003). «Крупномасштабные переносы масс, формирование водных масс и диффузионные коэффициенты, оцененные по гидрографическим данным Эксперимента по циркуляции мирового океана (WOCE)». Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (C7): 3213. Bibcode : 2003JGRC..108.3213G. doi : 10.1029/2002JC001565.
- Ганашо, Александр; Вунш, Карл (декабрь 2002 г.). «Океанические транспорты питательных веществ и кислорода и ограничения на экспортную продукцию во время эксперимента по циркуляции мирового океана: ТРАНСПОРТЫ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И КИСЛОРОДА ИЗ WOCE». Глобальные биогеохимические циклы . 16 (4): 5–1–5–14. doi : 10.1029/2000GB001333 . S2CID 15462518.
- Возвращаясь к субтропической циркуляции южной части Тихого океана: синтез наблюдений Эксперимента по циркуляции мирового океана вдоль 32° ю.ш. , SE Wijffels, JM Toole, R. Davis, Журнал геофизических исследований, сентябрь 2012 г.
Смотрите также
Внешние ссылки
Ссылки
- ^ abc Ocean Circulation and Climate: World Ocean Circulation Experiment. Получено 7 декабря 2013 г.
- ^ abc Эксперимент по циркуляции мирового океана. JD Woods. Получено 7 декабря 2013 г.
- ^ abcde Научный план эксперимента по циркуляции мирового океана. JD Woods. Получено 7 декабря 2013 г.
