Эксперимент по циркуляции мирового океана

Эксперимент по циркуляции мирового океана (WOCE) был компонентом международной Всемирной программы исследования климата направлен на установление роли Мирового океана в Земли и был климатической системе . Полевой этап WOCE длился с 1990 по 1998 год, за ним следовал этап анализа и моделирования, который длился до 2002 года. Когда WOCE был задуман, существовало три основных мотива для его создания. Первая из них — недостаточный охват Мирового океана, особенно Южного полушария . Данные также были гораздо более скудными в зимние месяцы, чем в летние, и существовала – и в некоторой степени остается – острая потребность в данных, охватывающих все сезоны. Во-вторых, имевшиеся данные изначально не собирались для изучения циркуляции океана и плохо подходили для сравнения моделей. Наконец, были опасения, связанные с точностью и надежностью некоторых измерений. Целью WOCE было решение этих проблем путем предоставления новых данных, собранных способами, предназначенными для «удовлетворения потребностей моделей глобальной циркуляции для прогнозирования климата ».

Цели

Перед кампанией были поставлены две основные цели.

1. Разработать модели океана, которые можно использовать в моделях климата, и собрать данные, необходимые для их тестирования.

В частности, поймите:

• Крупномасштабные потоки тепла и пресной воды
• Динамический баланс циркуляции Мирового океана
• Компоненты изменчивости океана по месяцам и годам
• Темпы и характер формирования, вентиляции и циркуляции водных масс, влияющих на климатическую систему во временных масштабах от десяти до ста лет.

Для достижения цели 1 ВПИК определила и определила основные проекты, которым будет присвоен приоритет. Первым из них был проект «Глобальное описание», целью которого было получение данных о циркуляции тепла, пресной воды и химических веществ, а также статистики вихрей . Во втором проекте — «Южный океан» — особое внимание уделялось изучению Антарктического циркумполярного течения и взаимодействия Южного океана с Мировым океаном. Третьим и последним основным проектом, служащим первой цели, был « Эксперимент по динамике круговорота ». Второе и третье из этих направлений разработаны специально для рассмотрения роли океана в десятилетних изменениях климата. Первоначальное планирование WOCE гласит, что достижение цели 1 потребует «тесного взаимодействия между моделированием и полевой деятельностью», которые описаны ниже.

2. Найти репрезентативность набора данных для долгосрочного поведения и найти методы определения долгосрочных изменений океанских течений.

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, подходящие для внедрения в действующую систему наблюдения за климатом.

Моделирование

Модели WOCE использовались как для планирования эксперимента, так и для анализа данных. Модели с использованием данных могут включать в себя различные свойства, включая баланс теплового ветра, поддержание баланса баротропной завихренности и сохранение тепла, пресной воды или массы. Измерения, полезные для этих параметров, включают концентрацию тепла, пресной воды или индикатора; течение, поверхностные потоки тепла и пресной воды; Высота морской поверхности.

Во время WOCE использовались как обратное моделирование, так и ассимиляция данных. Обратное моделирование — это аппроксимация данных с использованием процедуры числового наименьших квадратов или процедуры максимального правдоподобия. Метод ассимиляции данных требует сравнения данных с первоначальной интеграцией модели. Затем модель прогрессирует во времени с использованием новых данных и повторением процесса.

Для успеха этих методов требуется достаточно данных, чтобы полностью ограничить модель, следовательно, необходима комплексная полевая программа.

Полевая программа

Цели полевой программы WOCE заключались в следующем.

• Эксперимент будет носить глобальный характер, а основные наблюдательные компоненты будут развернуты во всех океанах.
• Требование одновременности измерений будет предъявляться только в случае необходимости.
• Гибкость, присущая существующим механизмам совместных исследований в мировом океанографическом (и метеорологическом) сообществе, будет использоваться, насколько это возможно.

Основные элементы полевой программы WOCE

Спутниковая альтиметрия

планы построены на наличии ERS-1 и ERS-2 (европейский), TOPEX / POSEIDON (США/Французский) для изучения полей поверхностного воздействия и топографии поверхности океана.

Гидрография

высококачественные профилометры проводимости, температуры и давления, а также приборы свободного падения для создания климатологической базы данных температуры и солености.

Геохимические индикаторы

использование химической информации (например, о радиоактивном распаде и атмосферной истории) пассивных соединений для изучения скорости образования и переноса водных масс в климатологических 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 надводных буев, судов добровольных наблюдений (СДН) и систем спутниковых микроволновых рефлектометров для измерения поля приземного ветра

Приземные метеорологические наблюдения с СДН

улучшение отбора проб и точности приземных метеорологических измерений, а также увеличение охвата территории

Наблюдения за верхними слоями океана с торговых судов возможностей

одноразовые линии отбора проб батитермографа (XBT) для изучения изменений теплосодержания верхних слоев океана

на месте уровня моря Измерения

модернизация и установка новых уровнемеров для калибровки альтиметрических измерений

Дрейфующие буи и поплавки

дрейфующие на поверхности буи обеспечивают такие измерения, как давление на уровне моря , температура поверхности моря , влажность , осадки , соленость на поверхности, а также течения у поверхности и на средней глубине.

Пришвартованные приборы

предоставляет подробную временную информацию на нескольких участках и глубинах

Итоговые выводы

Этот список, хотя и неполный, представляет собой выборку наиболее цитируемых статей и книг, опубликованных WOCE.

• Ганашо, Александр; Вунш, Карл (23 ноября 2000 г.). «Улучшенные оценки глобальной циркуляции океана, переноса тепла и перемешивания на основе гидрографических данных». Природа . 408 (6811): 453–457. Бибкод : 2000Natur.408..453G . дои : 10.1038/35044048 . ПМИД   11100723 . S2CID   4416105 .
• Циркуляция океана и климат, Наблюдение и моделирование глобального океана, 1-е издание , под ред. Джерольд Зидлер , Джон Гулд и Джон Черч, Academic Press, 736 стр. (Международная серия по геофизике 77) 2001 г.
• Стаммер, Д. (2003). «Объем, перенос тепла и пресной воды в глобальной циркуляции океана в 1993–2000 годах, оцененный на основе модели общей циркуляции, ограниченной данными Мирового эксперимента по циркуляции океана (WOCE)» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 108 (C1): 3007. Бибкод : 2003JGRC..108.3007S . дои : 10.1029/2001JC001115 . hdl : 11858/00-001M-0000-0014-3AA4-A .
• Ганашо, Александр (2003). «Крупномасштабный массовый перенос, образование водных масс и диффузионная способность, оцененные на основе гидрографических данных Мирового эксперимента по циркуляции океана (WOCE)». Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (C7): 3213. Бибкод : 2003JGRC..108.3213G . дои : 10.1029/2002JC001565 .
• Ганашо, Александр; Вунш, Карл (декабрь 2002 г.). «Перенос питательных веществ и кислорода в океане и границы экспортной продукции во время эксперимента по циркуляции мирового океана: транспорт питательных веществ и кислорода из WOCE» . Глобальные биогеохимические циклы . 16 (4): 5–1–5–14. дои : 10.1029/2000GB001333 . S2CID   15462518 .
• Возвращаясь к субтропической циркуляции южной части Тихого океана: синтез наблюдений эксперимента по циркуляции мирового океана вдоль 32 ° ю.ш. , С.Э. Вейффельс, Дж.М. Тул, Р. Дэвис, Журнал геофизических исследований, сентябрь 2012 г.

См. также

• Геохимическое исследование разрезов океана (GEOSECS)
• Глобальный проект анализа океанических данных (GLODAP)
• Атлас Мирового океана (ВАО)

Внешние ссылки

• Страница доступа к наследию данных WOCE в Национальном центре океанографических данных (США)
• Электронный атлас данных WOCE в Институте полярных и морских исследований Альфреда Вегенера , Бремерхафен
• Страница WOCE в Wayback Machine (архивировано 17 апреля 2009 г.) в Национальном океанографическом центре, Саутгемптон (Великобритания)
• Набор данных WOCE с возможностью поиска, заархивированный в информационной системе PANGEA.
• наблюдения ВОСЕ, 1990–1998 гг.; краткое изложение глобального ресурса данных WOCE, Международный проектный офис WOCE, отчет WOCE № 179/02., Саутгемптон, Великобритания. (pdf 18,9 МБ)