全球变暖背景下基于SMOS卫星和Argo数据的温盐模态结构的垂直变化研究

【摘要】：全球变暖现象已经成为数十年来被广泛关注的焦点气候问题。引发全球变暖的原因是多方面的，其中主要因素可分为自然因素和人为因素，包括全球周期性的冰暖期交替以及人类活动造成的大量温室气体的排放等。全球变暖将会对人类社会产生重要的影响，涉及到多个方面：从生态环境角度来讲，全球变暖将会导致地球表面温度升高，进而有可能造成两极冰川融化，抬高海平面，引发人类居住地的灾难性后果；从社会经济角度来讲，虽然表面上更暖的气候有提升农作物产量的潜力，但是由气候变化而导致的难以预测的极端气候现象对农作物产量的冲击同样是巨大的，而且气候的变化可能会导致病虫害或传染疾病的加剧，影响社会安定。 多年来，气候学家和海洋学家针对全球变暖做了大量的研究工作，他们从海表面温度、海表面气压、海冰等多个角度对研究对象与全球变暖的关系进行了系统的研究，揭示了诸多全球变暖的信号和影响。但是受限于数据来源，目前的工作大多集中在海表面以及大气层，对海表面以下的参数缺乏系统深入研究。而新世纪以来Argo全球海洋观测网络计划的顺利实施，使得在全球尺度观察三维温盐参数成为可能，而2009年欧空局发射的历史上第一颗土壤湿度与海洋盐度（Soil Moisture and Ocean Salinity, SMOS）卫星使得海洋盐度最终实现了遥感测量。本文受益于难得的历史机遇，结合SMOS卫星数据与Argo数据，来探索全球变暖背景下温盐参数模态结构的垂直变化。具体工作包括： 1.在使用SMOS卫星数据之前，首先以Argo表层实测数据为基准，对SMOS卫星的两个数据发布中心（法国海洋研究研究院SMOS卫星数据小组，CentreAval de Traitement des Données SMOS, CATDS，和西班牙巴塞罗那专家中心，Barcelona Expert Center, BEC）发布的两套格网化产品数据进行了详细的对比分析，找出质量差异并确定原因。由于SMOS卫星升空时间不长，因此对其卫星数据进行质量评估、检验和校正是非常有必要的。最终我们确认CATDS第二版本的数据质量精度更高，在后续工作中将采用这一数据集。 2.使用SMOS数据和Argo数据，并结合赤道太平洋长时间序列的历史实测数据，我们从全球海域到赤道印太海域等多尺度出发，对全球温盐从表层到2000m深层的垂直模态结构进行了系统的研究。最终发现近十年来（本研究使用数据集时间跨度范围内），全球变暖信号在海表层并不明显，但在1000-2000m深层海域，尤其在局部海域如北大西洋和印太海域，海温增暖现象十分显著，海盐浓度也有明显升高。这也与目前全球变暖停滞以及由表层转移至深层的命题相契合，值得持续做进一步工作。 3.对全球海温年周期无变柱现象的研究。海温年周期无变柱是本研究首次提出的概念，是指某一个海温年周期无变点在同一位置延伸至一定深度海域所形成的柱状结构。最终我们成功发现并精确定位了全球四个海温年周期无变柱。考虑到理论上该位置不受季节性信号的影响，因此该研究将对观察年际甚至年代际全球变暖现象提供科学帮助，比如指导浮标投放的位置等。 本论文中，研究数据经过筛选控制因而质量得以保证，方法为成熟的分析方法，因此结论鲁棒性较高，将会对全球变暖现象的认识产生一定的推动作用，且具有实用意义。但是考虑到数据集时间序列仍然较短，尤其是SMOS海盐数据，这成为探索长时间序列全球变暖趋势的限制因素。因此该论文研究值得持续开展，以后继续深入研究。 【关键词】：Argo SMOS 全球变暖 温盐模态 垂直变化
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P467;P731.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.1.1 全球变暖的原因及影响11-12
• 1.1.2 海洋温度和盐度垂直模态的研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 SMOS 卫星数据质量对比研究13-14
• 1.2.2 海温海盐模态结构垂直变化研究14-15
• 1.2.3 全球海温年周期无变点以及无变柱研究15-16
• 1.3 技术路线与研究内容16-18
• 1.3.1 技术路线16-17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 1.4 论文组织18-20
• 第二章 数据对比与选取20-32
• 2.1 SMOS 卫星数据集的对比、分析与选取20-28
• 2.1.1 海盐观测发展以及 SMOS 卫星计划介绍20-22
• 2.1.2 SMOS L3 数据的质量对比、分析与选取22-28
• 2.2 Argo 计划介绍及数据选取28-31
• 2.2.1 Argo 计划介绍28-29
• 2.2.2 Argo 数据选取29-31
• 2.3 SSS 实测数据集31-32
• 第三章 温盐模态结构垂直变化及其与全球变暖的关系32-48
• 3.1 全球温盐的基本垂向变化32-34
• 3.2 不同时段全球温盐参数模态特征分析34-43
• 3.2.1 不同时段全球温盐均值变化及其与全球变暖的关系34-37
• 3.2.2 不同时段全球温盐差异的空间分布37-41
• 3.2.3 不同深层全球温盐参数 EOF 分析41-43
• 3.3 赤道印太海域温盐垂直结构变化43-47
• 3.4 小结47-48
• 第四章 海温无变柱现象研究48-60
• 4.1 海温年周期无变点以及无变柱概念48-49
• 4.2 数据处理方法49
• 4.3 全球海温年周期无变柱分布49-56
• 4.3.1 太平洋海温年周期无变柱51-52
• 4.3.2 大西洋海温年周期无变柱52-54
• 4.3.3 印度洋海温年周期无变柱54-56
• 4.4 全球海温年周期无变柱总结及其应用展望56-57
• 4.4.1 无变柱工作总结56
• 4.4.2 无变柱应用意义及展望56-57
• 4.5 海盐年周期无变点以及无变柱的初步探索57-60
• 第五章 总结与展望60-63
• 5.1 总结60-61
• 5.2 创新点61
• 5.3 问题与展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 在学研究成果68-69

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