[發明專利]基于NPSDV驅動因子識別的海洋氣候預測方法及系統

有效

• 申請號: 202010183427.5
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111291944B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 陳建;姜祝輝;金寶剛;程銳;宿興濤;王洋;白成祖;沈曉晶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍61540部隊
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京勁創知識產權代理事務所(普通合伙) 11589
• 代理人: 張鐵蘭

本發明涉及一種基于NPSDV驅動因子識別的海洋氣候預測方法及系統。所述預測方法包括：獲取海表鹽度SSS分析參數；根據SSS分析參數確定北太平洋海表鹽度年代際變化NPSDV的時間序列以及驅動因子指數時間序列，并計算NPSDV的時間序列功率譜、驅動因子指數時間序列功率譜、NPSDV的時間序列滯后交叉自相關、驅動因子指數時間序列滯后交叉自相關、滯后交叉相關；利用自回歸過程模型重構空間點SSS異常，確定SSS異常重構結果；根據NPSDV的時間序列功率譜、驅動因子指數時間序列功率譜、NPSDV的時間序列滯后交叉自相關、驅動因子指數時間序列滯后交叉自相關、滯后交叉相關以及SSS異常重構結果確定驅動因子；根據驅動因子預測海洋氣候。采用本發明所提供的預測方法及系統能夠精確預測出海洋氣候。

技術領域

本發明涉及海洋氣候領域，特別是涉及一種基于NPSDV驅動因子識別的海洋氣候預測方法及系統。

背景技術

目前，以北太平洋海表鹽度年代際變化(North Pacific Sea Surface SalinityDecadal Variation，NPSDV)為代表的海表鹽度(Sea Surface Salinity，SSS) 及其大氣強迫(即淡水通量和風應力)的低頻震蕩對東亞和北美大陸沿岸的氣溫、降水、風暴軌跡、亞洲季風、生態系統和厄爾尼諾-南方振蕩(El Oscillation，ENSO)等天氣氣候有著重要影響；通過對NPSDV 驅動因子的識別，可提高太平洋海洋氣候的可預測性，以更有效地應對包括中國在內的亞太區域各國的極端天氣和氣候變化風險。

但是，現有技術中對于NPSDV驅動因子的研究很少，主要是由于鹽度觀測資料的稀缺性。雖然受益于2000年以來ARGO浮標觀測的迅速增長，鹽度觀測數量足以研究全球大部分海域SSS的季節和年際變化，如SSS的ENSO 模態、東太平洋EP-ENSO(Eastern PacificENSO)模態、中太平洋CP-ENSO 模態(Central Pacific ENSO)等，但在更長的時間尺度上，由于缺乏幾十年長度的連續鹽度觀測，對NPSDV驅動因子的解釋并不統一。傳統理論認為，NPSDV主要由“北太平洋海表溫度(Sea Surface Temperature，SST)異常變化的主要模態”即太平洋年代際振蕩(Pacific Decadal Oscillation，PDO)驅動，但隨后作為“東北太平洋SSS低頻變化的主導模態”出現的北太平洋環流振蕩(North Pacific Gyre Oscillation，NPGO)對傳統的太平洋年代際氣候理論提出了挑戰，使得SSS與研究較為成熟的SST年代際變化在驅動因子方面有所不同。從大氣環流驅動的角度，這主要源于SSS相對于SST的平均梯度分布特點以及NPGO和PDO兩種模態相關大氣驅動產生的異常表層流的流向分布差別；從淡水通量驅動的角度，這可能是由于熱帶淡水通量異常產生的SSS 異常不會受到海洋對大氣反饋的削弱而維持較長時間、傳播較遠距離，保留了更多的熱帶低頻能量。因此，SSS與SST的年代際低頻變化及其動力機制有著重要差別，需要進行區分研究。

一般情況下，研究北太平洋年代際變化的驅動因子，需要考慮以下若干方面：

(1)熱帶太平洋的遠程驅動：連接“熱帶EP-ENSO、中緯度阿留申低壓 (AleutianLow，AL)和PDO”，或者“熱帶CP-ENSO、中緯度北太平洋振蕩 (North Pacific Oscillation，NPO)和NPGO”的機制稱為“大氣遙相關”。具體來說，熱帶EP-ENSO/CP-ENSO驅動了與AL/NPO有關的北太平洋中部大尺度大氣環流的變化，被海洋吸收以驅動海洋PDO/NPGO變化。這種機制的滯后時間導致顯著的海洋低頻變化，且近幾十年來由于全球變暖，后一種連接的驅動作用似乎越來越重要。

(2)北太平洋中東部的局部驅動：位于北太平洋的AL和NPO等大氣強迫，本身具有顯著的隨機高頻變率特征，在驅動海洋模態變化方面起著同樣不可忽視的作用，其產生的風應力既可以和潛熱感熱強迫一起隨機作用于海洋產生特定時間尺度的SST變化信號，也可以和淡水通量強迫一起作用于海洋產生特定SSS變化信號。