1、第27 卷 第5 期 2010 年10 月 海 洋 预 报 MARINE FORECASTS Vol.27 ， No.5 Oct.2010 常用海洋数据资料简介 李晓婷 1 ，郑沛楠 1 ， 王建丰 2 ，滕 军 1 （1. 解放军61741 部队 ， 北京， 100081;2. 中国海洋大学物理海洋实验室 ， 山东 青岛 ， 266100 ） 摘 要 ： 本 文 介 绍 了 物 理 海 洋 领 域 常 用 的 各 种 数 据 资 料 ， 如 地 形 数 据 （ETOPO ） ， 卫 星 遥 感 数 据 （AVHRR ， Quick-SCAT ， TOPEX/Poseidon ， SAR ，
2、MODIS ） ， 观 测 和 再 分 析 数 据 （COADS ， NCEP ， EC- MWF ） ， 海 洋 模 式 数 据 （SODA ， OFES ） ， 海 洋 调 查 数 据 （ARGO ， WOCE ， TOGA-COARE ， CTD ， XBT ） 和 全 球 验 潮 站 数 据 （UHSLC ） 等 。 作 者 希 望 通 过 对 这 些 数 据 资 料 的 介 绍 ， 能 对 海 洋 科 技 工 作 者 有 所 帮助 。 关键词 ： 海洋数据 ； 简介 中 图 分 类 号 ： P732 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1003-0239 （2010 ）
3、05-0081-09 收稿日期 ： 2010 - 01 - 05 基金项目 ： 国家基础研究规划项目 ( 2005 CB 422303 ; 2007 CB 411804 ) ； 高等学校引智计划 (B 07036 ) 作者简介 ： 郑沛楠 （ 1981 - ） ， 男 ， 博士 ，研究方向为海洋环流 。 E-mail ： 1 引言 要 开 发 和 利 用 海 洋 ， 首 先 必 须 认 识 海 洋 。 1872 1876 年 英 国 “ 挑 战 者 ” 号 的 环 球 航 行 考 察 ， 标 志 着 现 代 海 洋 学 研 究 的 真 正 开 始 。 在 此 之 后 的 海 洋 学 调 查
4、进 入 大 发 展 阶 段 ： 调 查 计 划 周 密 严 谨 ， 调 查 手 段 日 益 丰 富 ， 调 查 仪 器 和 设 备 逐 渐 精 良 。 第 二 次 世 界 大 战 更 是 在 某 种 程 度 上 极 大 地 推 动 了 海 洋 科 学 的 发 展 。 二 战 之 后 ， 国 际 间 政 府 和 民 间 海 洋 科 学 组 织 相 继 成 立 ， 大 大 促 进 了 海 洋 科 学 的 国 际 合 作 调 查 研 究 。 专 职 研 究 人 员 增 多 和 专 门 研 究 机 构 的 建 立 ， 也 是 海 洋 科 学 独 立 形 成 的 重 要标志 。 自 上 世 纪50 年
5、代 以 来 ， 现 代 海 洋 科 学 的 发 展 势 头 迅 猛 。 人 类 对 海 洋 进 行 观 测 和 调 查 ， 旨 在 掌 握 其 运 动 规 律 以 及 探 索 其 与 气 候 间 的 内 在 联 系 。 从 刚 开 始 的 有 限 解 析 计 算 解 和 单 船 走 航 观 测 发 展 到 数 值 计 算 解 和 多 船 多 海 域 联 合 调 查 甚 至 到 卫 星 遥 感 反 演 数 据 。 数 据 资 料 涵 盖 全 球 海 底 地 形 数 据 、 海 洋 遥 感 数 据 、 船 测 数 据 、 浮 标 资 料 、 模 式 同 化 资 料 等 诸 多 方 面 。 如 今
6、， 用 “ 浩 如 烟 海 ” 来 形 容 海 洋 数 据 亦 不 为 过 。 为 了 让 广 大 海 洋 科 技 工 作 者 能 够 快 速 有 效 的 找 到 自 己 所 需 的 数 据 资 料 ， 本 文 作 者 向 大 家 介 绍 了 目 前 国 际 常 用 的 海 洋 数 据 资 料的一些基本情况 。 2 地形数据 ETOP 数 据 是 当 今 海 洋 模 式 中 最 常 用 的 水 深 岸 界 数 据 ， 尤 其 是 为 大 尺 度 的 数 值 模 拟 提 供 了 比 较 可 靠 ， 可 用 的 水 深 数 据 ， 给 海 洋 数 值 模 拟 带 来 了 很大方便 。 ETOPO5
7、 地 形 数 据 的 全 称 是5-Minute Gridded Global Relief Data Collection （ 五 分 网 格 全 球 地 形 数 据 集 ） ， 它 是NOAA （ 美 国 国 家 海 洋 大 气 局 ） 收 集 各 方 面 资 料 ， 经 过 处 理 得 到 的 网 格 化 地 形 数 据 。ET- OPO5 包 含 了 一 些 网 格 化 的 全 球 地 形 数 据 和 不 同 尺 度 的 水 深 数 据 ， 数 字 化 的 陆 地 岸 界 ， 网 格 化 的 重 力 异 常 场 等 数 据 。ETOPO5 数 据 包 含 了630 多 兆 的 数据和程
8、序 ，其中主要部分包含了 ： （1 ） WDB （ 世 界 数 据 库II ） ， 其 中 包 含 了 海 岸 线 数据 ， 河流和湖泊 ， 行政边界的数据 。 （2 ） ETOPO5 世 界 范 围 内 海 拔 和 水 深 的 五 分 网海 洋 预 报 27 卷 格数据 ，它是16bit 的二进制数据 。 （3 ） USGS ： 分 辨 率 为30“ 的 邻 近 美 国 的48 个 地 区 的 海 拔 和 沿 岸 水 深 数 据 ， 这 部 分 数 据 来 自 于 美 国 地 质 勘 探 和 国 家 海 洋 服 务 数 据 （US Geological SurveyandNationalOc
9、eanServicedata ） 。 （4 ） PublicSoftware ：有关的图像处理软件 。 2001 年NOAA 又 推 出 了ETOPO2 1 ， 并 且 在 2006 年6 月 又 公 布 了ETOPO2v2 （2-Minute Gridded Global Relief Data ） ，ETOPO2 和ETOPO2v2 是 在 ETOPO5 的 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 它 包 含 了 纬 度-90 +90 ， 经 度-180 +180 范 围 内 分 辨 率 为 2 的 地 形 数 据 ， 对 于 美 国 附 近 海 域 的 分 辨 率 已 经 提 高 到 3“
10、。 最 新 的ETOP 数 据 是ETOPO1 ，ET- OPO1 2 分 辨 率 为1 的 全 球 地 形 模 型 ， 它 包 含 了 大 陆 的 地 势 起 伏 和 海 洋 中 的 水 深 数 据 ， 它 是 在 众 多 全 球 和 区 域 数 据 集 的 基 础 上 建 立 起 来 的 ， 并 且 加 入 了 冰 面 的 数 据 （ 包 括 南 极 和 格 陵 兰 岛 的 冰 面 ） 和 岩 基 数 据 。 现 在ETOPO2v2 和 ETOPO5 版 本 的 地 形 数 据 虽 然 已 经 被ETOPO1 所 代 替 ， 但 是 它 们 还 不 乏经典 ，仍然可以下载使用 。 3 卫星
11、遥感资料 自 美 国1978 年6 月22 日 发 射 世 界 上 第 一 颗 海 洋 卫 星Seasat-A 以 后 ， 俄 罗 斯 、 日 本 、 法 国 和 欧 洲 空 间 局 等 相 继 发 射 了 一 系 列 大 型 海 洋 卫 星 。 这 些 卫 星 一 般 搭 载 有 光 学 遥 感 器 和 被 动 式 微 波 遥 感 器 等 多 种 海 洋 遥 感 有 效 负 荷 ， 可 供 全 天 候 海 况 实 时 资 料 。 基 于 航 天 事 业 的 发 展 ， 卫 星 遥 感 资 料 的 质 量 已 经 有 了 很 大 的 提 高 ， 经 常 用 于 卫 星 进 行 遥 感 观 测
12、的 传 感 器 主 要 有 ： 辐 射 计 、 散 射 计 、 卫 星 高 度计和合成孔径雷达等 。 3. 1 辐射计资料 辐 射 计 （Radiometer ） 是 一 种 根 据 被 动 遥 感 理 论 而 制 作 的 传 感 器 ， 辐 射 计 本 身 并 不 发 射 电 磁 波 ， 它 通 过 接 收 地 球 表 面 的 反 射 和 散 射 的 太 阳 光 ， 以 及 地 球 、 海 洋 、 大 气 表 面 自 身 所 发 射 的 电 磁 波 来 反 演 提 取 地 球 表 面 信 息 的 。 它 可 以 用 来 反 演 海 水 叶 绿 素 浓 度 、 悬 浮 泥 沙 浓 度 以 及
13、海 水 光 学 衰 减 系 数 、 大 气 的 状 况 ， 以 及 海 表 面 温 度 和 海 表 面 上 空 水 汽 含 量 等 信 息 。 常 用 的 辐 射 计 是AVHRR 3 （Ad- vangcedVeryHighResolutionRadiometer ） ，AVHRR 是NOAA 系 列 卫 星 的 主 要 探 测 仪 器 ， 它 是 一 种 五 光 谱 通 道 的 扫 描 辐 射 仪 ， 各 光 谱 通 道 的 波 长 范 围 及 地 面 分 辨 率 （ 见 表1 ） 。 星 上 探 测 器 扫 描 角 为55.4 ， 相 当 于 探 测 地 面2800km 宽 的 带 状
14、区 域 ， 两 条 轨 道 可 以 覆 盖 我 国 大 部 分 国 土 ， 三 条 轨 道 可 完 全 覆 盖 我 国 全 部 国 土 。AVHRR 的 星 下 点 分 辨 率 为1.1 km 。 由 于 扫 描 角 大 ， 图 像 边 缘 部 分 变 形 较 大 ， 实 际 上 最 有 用 的 部 分 在15 范 围 内 （15 处 地 面 分 辨 率 为 1.5 km ） ， 这 个 范 围 的 成 像 周 期 为6 d。AVHRR 可 以 用 来 观 测 反 演 地 表 植 被 覆 盖 情 况 、 大 气 中 雾 的 AVHRR/3 通道特征 通道号 1 2 3A 3B 4 5 星下点分
15、辨率 （km ） 1.09 1.09 1.09 1.09 1.09 1.09 波长 （um ） 0.580.68 0.725 1.00 1.581.64 3.553.93 10.30 11.30 11.50 12.50 对应的波段 绿- 红 近红外 近红外 热红外 热红外 热红外 典型应用 日间云图和冰雪 、植被图 水陆边界 冰雪探测 夜间云图和海表面温度 夜间云图和海表面温度 海表面温度 分 布 情 况 ， 以 及 海 表 温 度 分 布 等 ， 反 演 的 资 料 分 辨率高 、可信度强 。 3. 2 散射计资料 散 射 计 （scatterometer ） 是 一 种 专 门 监 测 全
16、 球 海 表 面 风 的 主 动 微 波 雷 达 ， 使 用 卫 星 携 带 的 散 射 计 可 获 得 全 天 候 、 高 分 辨 率 的 全 球 海 洋 近 表 面 风 资 料 。 散 射 计 为 一 种 斜 视 观 测 的 主 动 式 微 波 装 置 。 美 国 宇 航 局 于1999 年6 月 发 射Quick-SCAT （quick scattersatellite ） 卫 星 ， 其 上 携 带 了 双 幅 侧 扫 描 的Ku 表1 AVHRR 波段特征 （ 引自http:/noaasis.noaa.gov/NOAASIS/ml/avhrr.html ） 82李晓婷等： 常用海洋数
17、据资料简介 5 期 波 段 散 射 计Seawinds ， 美 国 宇 航 局 喷 气 推 进 实 验 室 物 理 海 洋 数 据 分 发 存 档 中 心 （PODAAC ） 4 负 责 分 发 散 射 计Seawinds 数 据 产 品 。 借 助 于 风 的 近 实 时 卫 星 遥 感 数 据 ， 并 利 用 大 气 及 海 洋 数 值 预 报 模 型 ， 可 以 改 进 全 球 和 近 海 天 气 预 报 ， 改 进 风 暴 预 警 和 监测水平 。 散 射 计 是 以 偏 离 星 下 点 某 一 角 度 入 射 到 海 面 的 电 磁 波 ， 透 过 布 拉 格 共 振 波 产 生 后
18、 向 散 射 ， 量 其 后 向 散 射 能 量 而 求 得 海 面 的 粗 糙 度 。 此 海 面 粗 糙 度 与 海 面 风 速 有 关 ， 因 此 利 用 散 射 计 不 同 角 度 的 天 线 所 收 到 的 海 面 后 向 散 射 能 量 而 得 出 海 面 风 速 大 小 及 方 向 。 目 前 最 常 用 的 卫 星 散 射 计 的 资 料 是 欧 洲 的ERS 卫 星 及 加 拿 大 的RADARSAT 卫 星 。 ERS-1， 全 称 为 European Space Agency Remote Sensing Satellite ， 即 “ 欧 洲 空 间 局 遥 感 卫
19、星 ” ， ERS-1 星 载 的 主 动 微 波 遥 感 仪 器 （Active Micro- wave instrumentation ） ， 其 中 的AMI Wind Mode 即 散 射 计 。 散 射 计 利 用 微 波 雷 达 的 后 向 散 射 信 号 ， 可 以 确 定 平 均 海 面 雷 达 反 射 率 。 然 后 ， 使 用 经 验 模 式 反 演 出 海 平 面 风 场 特 性 ， 如 海 平 面 的 风 速 大 小 、 风 向 。 为 了 消 除 散 射 计 数 据 解 译 时 的 风 向 模 糊 ，ERS-1 卫 星 上 的 散 射 计 采 用 前 、 中 、 后
20、不 同 角 度 的 三 根 单 极 化 天 线 ， 工 作 频 率 使 用C 波 段 ，5.3GHz, 三 个 天 线 分 别 从45 、90 和135 三 个 方 向 上 进 行 海 面 雷 达 后 向 散 射 截 面 的 测 量 ， 刈 幅 为500 km 。 此 资 料 包 括 了 风 速 、 风 向 等 信 息 。 风 速 范 围1 24m/s, 误 差 精 度2 m/s, 风 向 范 围0 360 ， 误 差 精 度 20 。 风 场 产 品 是 一 组 分 布 在500 km500 km 海 域 内1919 个 格 点 的 风 矢 量 ， 其 空 间 分 辨 率 为2525 km
21、。 在 一 个 轨 道 周 期 内 ， 可 产 生70 个500 km500 km 区域的产品 。 3. 3 卫星高度计资料 高 度 计 （Altimeter ） 可 以 实 现 对 有 效 波 高 SWH 、 海 表 面 高 度SSH 、 海 面 地 形 等 动 力 参 数 的 测 量 ， 可 以 应 用 卫 星 高 度 计 资 料 对 大 洋 环 流 、 海 洋 潮 汐 、 中 尺 度 海 洋 现 象 、 大 地 水 准 面 与 重 力 异 常 、 有 效 波 高 、 海 面 风 速 、 海 冰 、 水 深 和ENSO 等 进 行 研 究 。 我 国 神 舟 飞 船 携 带 的 是 激 光
22、 高 度 计 ， 国 外 卫 星 通 常 携 带 的 是 雷 达 高 度 计 。 最 著 名 的 高 度 计 卫 星 是1992 年8 月 ， 美 国 宇 航 局NASA 与 法 国 国 家 空 间 研 究 中 心 联 合 发 射 的TOPEX/Poseidon 5 。 T/P 卫 星 测 量 海 平 面 高 度 的 精 度 可 以 达 到2.4 cm ， 平 静 海 面 条 件 的 水 平 分 辨 率 可 以 达 到2.2 km ， 标 准 偏 差 在14cm 之 间 。T/P 卫 星 通 过 携 带6 台 传 感 器 共 同 完 成 海 面 地 形 测 量 任 务 。2001 年12 月
23、美 国 宇 航 局NASA 与 法 国 国 家 空 间 研 究 中 心 联 合 发 射 的Jason-1， 是T/P 卫 星 的 后 续 卫 星 。 经 过 仪 器 误 差 修 正 、 轨 道 误 差 修 正 和 地 球 物 理 修 正 （ 包 括 大 气 对 流 层 修 正 、 大 气 电 离 层 修 正 、 潮 汐 修 正 和 大 气 逆 压 校 正 等 ） 后 ， 用 户 即 可 按 照 需 要 进 行 相 关 研 究 工 作 。Jason-1 卫 星 的 精 度 为3.0 cm ， 其 他 的 指 标 与 T/P 卫星一致 。 1991 年 ， 欧 洲 空 间 局 发 射ERS-1 卫
24、 星 ， 星 上 装 有 微 波 散 射 计 、 雷 达 高 度 计 和 微 波 辐 射 计 等 遥 感 器 ， 主 要 目 的 是 开 展 卫 星 测 量 海 洋 动 力 基 本 要 素 ， 为 用 户 进 行 业 务 服 务 及 为 世 界 大 洋 合 作 研 究 项 目 提 供 业 务 服 务 参 数 （ 包 括 海 面 风 场 、 大 地 水 准 面 、 海 洋 重 力 场 、 极 地 海 冰 面 积 、 边 界 线 、 海 况 、 风 俗 、 海 面 温 度 和 水 气 等 ） 。 高 度 计 的 测 量 精 度 为3cm ； 辐 射 计 测 量 海 面 温 度 精 度 为5K 。E
25、N- VISAT-1 （Environmental satellite ） 卫 星 是ERS 卫 星 的 后 续 星 ，2001 年 底 发 射 ， 卫 星 上 装 有13.5 GHz/Ku 波 段 的 雷 达 高 度 计 和 用 于 电 离 层 矫 正 的3.2GHz/S 波 段 的 微 波 辐 射 计 。 它 在 平 静 海 面 条 件 下 的 水 平 分 辨 率 比T/P 卫 星 和Jason-1 卫 星 都 有 了 较 大 的 提 高 ， 达 到 了1.7km 。 该 星 将 进 行 为 期5 年 的 对 大 气 海 洋 、 陆 地 、 冰 的 测 量 。 该 星 测 验 数 据 连
26、续 ， 主 要 支 持 地 球 科 学 研 究 ， 并 且 可 以 对 环 境 和 气 候 的 变 化 做 出 评 估 ， 甚 至 可 以 为 军 事 、 商 业 的 应 用 提 供便利 。 2007 年10 月 我 国 发 射 的 首 颗 绕 月 探 测 卫 星 “ 嫦 娥 一 号 ” ， 通 过 激 光 高 度 计 获 得 了 高 分 辨 率 的 月球表面立体图像 。 3. 4 合成孔径雷达资料 合 成 孔 径 雷 达 （SAR ） 6 是 一 种 主 动 式 微 波 遥 感 成 像 雷 达 。 迄 今 为 止 ， 已 在 一 些 发 射 的 卫 星 上 携 有SAR ， 如Seasat
27、SAR, Almaz SAR, JERS-1 SAR 和ERS-1/2 SAR, 与 它 们 搭 载 在 同 一 遥 感 平 台 上 还 装载着其他传感器 。 由 于 海 表 面 粗 糙 度 不 同 ， 其 通 过 测 量 海 面 后 向 散 射 信 号 ， 并 通 过 处 理 能 产 生 标 准 化 后 向 散 射 截 面 图 像 。 标 准 化 后 向 散 射 截 面 图 像 含 带 了 海 面 83海 洋 预 报 27 卷 的 信 息 ， 可 以 反 映 海 面 的 粗 糙 度 ， 这 种 遥 感 手 段 可 以 达 到 几 米 到 几 十 米 的 分 辨 率 。 同 时 ， 由 于 合
28、 成 孔 径 雷 达 工 作 的 频 段 是 微 波 波 段 ， 即 使 在 黑 夜 ， 仪 器 也 能 正 常 工 作 。 合 成 孔 径 雷 达 可 以 测 量 海 表 面 风 、 内 波 、 海 浪 的 方 向 谱 ， 还 可 以 监 测 海 冰的移动和海面的油膜 ， 用途十分广泛 。 SAR 的 全 天 候 、 全 天 时 及 能 穿 透 一 些 地 物 的 成 像 特 点 ， 显 示 出 它 与 光 学 遥 感 器 相 比 的 优 越 性 。 雷 达 遥 感 数 据 也 在 多 学 科 领 域 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 星 载 雷 达 在20 世 纪90 年 代 得 到
29、 了 迅 猛 的 发 展 ， 特 别 是 发 展 了 极 化 雷 达 和 干 涉 雷 达 技 术 。 在 航 天 飞 机 成 像 雷 达SIR-A 、SIR-B 和SIR-C/X-SAR 成 功 地 完 成 单 波 段 、 单 极 化 和 多 波 段 、 多 极 化 成 像 飞 行 之 后 ， 现 已 开 展 航 天 飞 机 雷 达 地 形 测 图 （SRTM ） 飞 行 。 在 雷 达 卫 星1 号 基 础 上 ， 加 拿 大 在 2001 年 发 射 的 雷 达 卫 星2 号 雷 达 具 有 全 极 化 测 量 能 力 ； 欧 空 局 在1999 年11 月 发 射 的Envisat-1
30、卫 星 上 装 载ASAR ， 有 同 极 化 和 交 叉 极 化 两 种 极 化 模 式 ； 2002 年 发 射 的LightSAR 将 为L 波 段 多 极 化 及 具 有 干 涉 测 量 、 扫 描 模 式 的 实 用 化 成 像 雷 达 。 日 本 发 射 的ALOS/PALSAR 亦 为 多 极 化 、 多 工 作 模 式 雷 达 系 统 ， 它 们 将 为 数 字 地 球 的 发 展 提 供 丰 富 的 数 据源 。 3. 5 中分辨率成像光谱仪资料 中 分 辨 率 成 像 光 谱 仪 （MODIS ） 7 是 美 国 宇 航 局 研 制 的 大 型 空 间 遥 感 仪 器 ，
31、是 搭 载 在Terra 和Aqua 卫 星 上 的 一 个 重 要 的 传 感 器 ， 是 卫 星 上 唯 一 将 实 时 观 测 数 据 通 过x 波 段 向 全 世 界 直 接 广 播 ， 并 可 以 免 费 接 收 数 据 并 无 偿 使 用 的 星 载 仪 器 。MODIS 具 有 从 可 见 光 、 近 红 外 到 远 红 外 的36 个 波 段 和250 1000 m 的 地 表 分 辨 率 ， 每1 2 d 观 测 地 球 表 面 一 次 。 获 取 陆 地 和 海 洋 温 度 、 初 级 生 产 率 、 陆 地 表 面 覆 盖 、 云 、 汽 溶 胶 、 水 汽 和 火 情
32、等 目 标 的 图 像 。 在 白 天 ， 所 有 波 段 均 操 作 运 行 。 在 轨 道 的 夜 间时段 ，只有热红外波段收集数据 。 MODIS 是 一 种 按 照 摇 扫 扫 描 成 像 的 辐 射 计 系 统 ， 其 观 测 地 面 刈 幅2330 km ， 穿 轨 迹 视 场 55 ， 仪 器 光 谱 范 围 ： （0.4 14.4 ） m 。 由 穿 轨 迹 扫 描 反 射 镜 、 收 集 辐 射 的 光 具 和 带 有 光 谱 滤 光 片 的 线 列 阵 探 测 器 组 件 等 部 件 构 成 。 探 测 器 组 件 共4 组 分 布 在 4 个焦平 面处 。MODIS 提供
33、全 球所有 表面的 、 阳光 反 射 和 日 夜 热 辐 射 的 较 高 辐 射 度 分 辨 率 的 图 像 数 据 。 图 像 分 辨 率 在0.25 1 km 之 间 。36 个 光 谱 波 段 ， 其 位 置 和 带 宽 的 选 样 ， 保 证 对 地 面 或 大 气 成 像 的 最 佳 条 件 。 此 外 ， 在 辐 射 度 、 灵 敏 度 、 光 谱 带 宽 和 几 何 配 准 的 精 密 度 、 和 定 标 的 准 确 度 和 精 密 度 等 技 术 条 件 上 都 达 到 较 高 水 平 ， 满 足 观 测 要 求。 MODIS 测 量 的 基 本 目 标 可 概 述 如 下 ：
34、 （1 ） 陆 地 和 海 洋 表 面 的 温 度 和 地 面 火 情 ； （2 ） 海 洋 彩 色 ， 水 中 沉 积 物 和 叶 绿 素 ； （3 ） 全 球 植 被 测 绘 和 变 化 探 测 ； （4 ） 云 层 表 征 ； （5 ） 汽 溶 胶 的 浓 度 和 特 性 ； （6 ） 大 气 温 度 和 湿 度 的 探 测 ， 雪 的 覆 盖 和 表 征 ； （7 ） 海 洋环流 。 4 再分析资料 本 节 首 先 介 绍 主 要 运 用 于 海 洋 模 式 驱 动 场 的 数 据 资 料 。 这 些 资 料 主 要 是 基 于 观 测 数 据 的 再 分 析数据 。 4. 1 COA
35、DS 8 资料 1981 年1 月NCDC （the National Climatic Data Center ） 等 多 家 部 门 联 合 经 过4 年 的 努 力 推 出 了 海 洋 大 气 综 合 数 据 集 COADS 资 料 （Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set ） ，COADS 资 料 的 最 初 版 本 包 括 了1854 1979 年 之 间 的 海 表 面 资 料 。 其 中 十 年 平 均 和 月 平 均 的 资 料 的 分 辨 率 是11 或 者 22 。 这 些 数 据 是 以 二 进 制 的 数 据 包 储 存 的 。
36、COADS 资 料 自2.0 版 本 之 后 ， 展 开 广 泛 的 国 际 交 流 合 作 ， 形 成 ICOADS （International Comprehen- sive Ocean-Atmosphere Data Set ） 。ICOADS 是 收 集 量 最 大 的 海 洋 表 面 数 据 集 ， 拥 有 超 过210 8 条1784 年 至 今 的 原 始 观 测 记 录 ， 目 前 的 最 新 版 本 是2.7 。 该 数 据 集 是 有 来 自 许 多 国 家 的 数 据 集 加 工 合 并 而 成 的 ， 包 括 来 自 船 只 （ 商 业 、 海 军 、 研 究 ） 的
37、 测 量 或 观 测 数 据 ， 系 泊 浮 标 和 漂 浮 浮 标 数 据 ， 海 岸 站 点 数 据 以 及 其 它 海 洋 台 站 数 据 等 。 每 个 报 告 包 括 气 象 学 和 海 洋 学 的 单 独 观 测 变 量 ： 海 洋 表 面 温 度 及 气 温 、 气 压 、 湿 度 、 经 向 和 纬 向 的 风 速 和 云 量 等 数 据 。 覆 盖 全 球 ， 取 样 密 度 随 观 测 日 期 及 观 测 点 地 理 位 置 等 不 同 。ICOADS 观 测 和 统 计 的 相 关 数 据 集 是 以 月 为 基 础 的 总 结 。 它 存 在 两 种 分 辨 率 格 8
38、4李晓婷等： 常用海洋数据资料简介 5 期 式 的 数 据 集 ：11 的1960 2007 年 之 间 的 资 料 和 22 的18002007 年之间的资料 。 最 近 ， 很 多 国 际 合 作 者 已 经 通 过 提 供 补 充 数 据 ， 增 加 元 数 据 ， 在 国 际 论 坛 支 持 此 计 划 等 方 式 对ICOADS 提 供 援 助 ， 系 统 性 质 量 的 保 证 ， 统 一 格 式 的 处 理 ， 数 据 无 限 制 分 配 使 这 一 数 据 集 成 为 一个有重大意义并被经常引用的文档 。 4. 2 NCEP 9 11 资料 美 国 国 家 环 境 预 报 中
39、心 （NCEP ） 和 美 国 国 家 大 气 研 究 中 心 （NCAR ） 对 自1948 年 至 现 在 来 源 于 地 面 、 船 舶 、 无 线 电 探 空 、 探 空 气 球 、 飞 机 、 卫 星 等 全 球 气 象 观 测 资 料 进 行 同 化 处 理 后 ， 研 制 的 全 球 气 象 资 料 数 据 库 。 自 美 国NCEP/NCAR 公 布 了 NCEP/NCAR 17 层 大 气 再 分 析 资 料 以 后, 世 界 上 许 多 学 者 利 用 这 份 再 分 析 资 料 来 分 析 各 种 各 样 大 气 环流和气候变化, 得出了许多有益的结论 。 该 数 据 集
40、 涉 及 “ 等 压 面 资 料 ” 、 “ 地 面 资 料 ” 和 “ 通量资料 ” ， 三类共32 种要素场 10 。 等 压 面 资 料 包 含 ：1000 、925、850 、700 、 600、 500 、 400 、 300 、 250 、 200 、 150 、 100 、 70、50 、30 、20 、l0hPa 等压面资料 ，共17 层 。 地 面 资 料 包 含 ： 温 度 、 湿 度 、 蒸 发- 降 水 、 海 平面气压 、 经-纬向风速 、 水深和海陆分布等 。 通 量 资 料 包 含 ： 向 下 长 波 辐 射 通 量 、 向 下 短 波 辐 射 通 量 、 总 云
41、 量 、 向 上 长 波 辐 射 通 量 、 向 上 短波辐射通量等 。 NCEP/NCAR 再 分 析 资 料 采 用 网 上 通 用 数 据 格 式 （NetworkCommonDataFormat ） 。 它 的 文 件 名 一 般 分 为3 部 分 ： 变 量 名 、 特 征 名 、 后 缀 。 例 如air. mon.mean.nc （ 文 件 中air 表 示 变 量 是 空 气 温 度 ， mon.mean 表 示 特 征 是 月 平 均 值 ，nc 是Netcdf 的 后 缀 ） 。Netcdf 是 一 种 自 描 述 文 件 ， 文 件 本 身 包 含 了 对自身数据的描述
42、，为数据的使用提供了方便 。 由 于NCEP 资 料 时 间 序 列 长 ， 涵 盖 内 容 广 ， 常 被 海 洋 学 界 用 来 研 究 大 气 对 海 洋 的 长 期 影 响 ； NCEP 资 料 （ 如 海 面 风 场 、 海 面 温 度 场 、 蒸 发 降 水 场 和 辐 射 通 量 场 等 ） 常 用 来 作 为 海 洋 模 式 的 驱 动 场资料 。 4. 3 ECMWF 12 资料 欧 洲 中 期 天 气 预 报 中 心 （The European Centre for Medium-RangeWeather Forecasts ） 17 是 一 个 包 括 24 个 欧 盟
43、成 员 国 的 国 际 性 组 织 ， 是 当 今 全 球 独 树 一 帜 的 国 际 性 天 气 预 报 研 究 和 业 务 机 构 。 其 前 身 为 欧 洲 的 一 个 科 学 与 技 术 合 作 项 目 。1973 年 有 关 国 家 召 开 大 会 宣 布ECMWF 正 式 成 立 ， 总 部 设 在 英国的Bracknell 。 ECMWF 提 供 天 气 实 测 数 据 和 模 式 预 报 产 品 以 及 用 于 全 球 海 气 模 式 运 算 所 需 的 相 关 数 据 。 其 使 用 的 模 式 充 分 利 用 四 维 同 化 资 料 ， 主 要 提 供10 天 时 间 的
44、温 度 、 压 强 、 湿 度 和 风 场 等 的 中 期 数 值 预 报 产 品 。ECMWF 再 分 析 月 平 均 资 料 数 据 集 是 按 00、06 、12、18 四 个 时 次 分 别 统 计 ， 该 数 据 集 共 有 变 量62 个 ， 其 中 高 空11 个 ， 地 面51 个 。 每 一 个 变 量 每 个 时 次 为 一 个 文 件 ， 文 件 名 由 文 件 名 前 缀 （ 即 变 量 的 缩 写 ） 、 统 计 方 法 及 时 次 、 存 储 格 式 三 部 分 组 成 ， 例 如 ： 文 件 名D.mon00.nc 表 示 该 文 件 是 变 量 为 散 度 （D
45、ivergence ） ， 统 计 方 法 为 月 平 均 的 世 界 时00 点 资 料 ， 存 储 格 式 为netCDF 。 所 有 的 变 量 场 都 已 格 点 化 为2.52.5 的 网 格 资 料 场 。 纬 向 144 个 点 ， 第 一 个 点 （I=1 ） 位 于0 E ， 坐 标 自 西 向 东 ， 最 后 一 点 位 于2.5W （I 144 ） 。 经 向73 点 ， 坐 标由北极 （J 1 ） 自北向南至南极 （J=73 ） 。 ECMWF 的 全 球 模 式 分 辨 率 已 经 达 到 T799L91 ， 到2009 年ECMWF 全球 模式 的水 平分 辨 率
46、已 达 到T1279， 这 样 更 便 于 研 究 局 地 极 端 气 候 和 水 文 气 象 事 件 ， 并 且 更 有 效 和 更 准 确 地 做 出 预 测 和 预 警 ， 从 而 为 政 策 制 定 者 和 公 众 提 供 更 可 靠 的 信 息 ； 在 目 前 气 候 与 水 文 气 象 预 测 系 统 对 极 端 事 件 预 测 存 在 较 大 的 误 差 时 ， 如 何 评 估 风 险 程 度 以 及制定应对策略 ， 特别是在脆弱和贫困地区 。 下 面 介 绍 常 用 的 经 同 化 方 法 计 算 得 到 的 海 洋 模式再分析资料 。 4. 4 SODA 13 资料 SODA
47、 海 洋 数 据 集 由 全 球 简 单 海 洋 资 料 同 化 分 析 系 统 （Simple Ocean DataAssimilation ） 产 生 ， 该 系 统 是 美 国 马 里 兰 大 学 （University of Maryland ） 于 20 世 纪90 年 代 初 开 始 开 发 的 分 析 系 统 ， 其 目 的 是 为 气 候 研 究 提 供 一 套 与 大 气 再 分 析 资 料 相 匹 配 的 海 洋 再 分 析 资 料 。SODA 海 洋 数 据 集 包 含 的 变 量 有 温 度 、 盐 度 、 海 流 速 度 、 海 表 风 应 力 、 两 套 海 洋 热
48、 含 量 数 据 （ 分 别 为 海 洋 上 层0 500m 热 含 量 和 海 85海 洋 预 报 27 卷 洋 上 层0 125m 热 含 量 ） 、 海 平 面 高 度 等 。SODA 分 析 系 统 最 初 采 用 的 是 美 国 地 球 物 理 流 体 力 学 实 验 室 （GFDL ） 的 海 洋 模 式MOM2， 后 来 又 引 入 了 以 POP 数值 方法 和SODA 程序 为基 础的 全球 海洋 环流 模 式 （GeneralCirculationOceanMode1 ） 。 该 系 统 用 于 同 化 分 析 的 温 度 和 盐 度 廓 线 数 据 多 达710 6 个
49、， 其 中2/3 来 自 世 界 海 洋 数 据 库 （World Ocean Data- base ） ， 其 他 来 自 美 国 国 家 海 洋 地 理 数 据 中 心 （NODC ） 的 实 测 温 度 廓 线 数 据 、 大 西 洋 热 带- 海 洋 浮 标 组 群(TAO/Triton) 和 全 球 海 洋 观 测 网 （ARGO ） 的 观 测 数 据 、 综 合 海 气 数 据 集 （COADS ） 的 混 合 层 温 度 数 据 、NCEP/NCAR （1948 2004 年 ） 或EC- MWF （1958 2001 年 ） 的 再 分 析 海 表 风 场 数 据 、 全 球 降 水 气 候 计 划 （GPCP ） 的 月 平 均 降 水 通 量 数 据 、 卫 星 海 平 面 测 高 仪 测 得 的 海 平 面 高 度 和 改 进 的 红 外 甚 高 分 辨 率 辐 射 仪 （AVHRR ） 测 得 的 海 表 温 度 数 据等 。 4. 5 OFES 1415 资料 坐 落 于 日 本 横 滨 市 金
