东北亚海洋温度盐度气候学新突破：ANAS23 助力海洋气候研究

为解决全球气候变暖背景下东北亚边缘海热力学特征研究难题，研究人员开展构建区域气候学地图集的研究。他们开发出 ANAS23，其能准确再现海洋热力结构。这为区域研究提供替代气候学数据，助力理解海洋物理特征。

　　在全球气候变暖的大背景下，海洋如同地球的 “巨型空调”，对气候的稳定起着至关重要的作用。然而，要精准把握海洋的 “脾气”，了解其历史平均状态以及在气候变化下的变化趋势，就需要借助高精度的海洋气候学地图集。以往的全球海洋地图集虽然在大尺度研究上发挥了重要作用，但在研究边缘海时却存在诸多问题。比如，采用较大的影响半径进行插值和滤波，这虽然能抑制高频噪声，却会模糊中尺度特征，还可能在海底附近生成虚假的暖盐水体，引发垂直不稳定等问题。而东北亚边缘海，像渤海、黄海、东海以及日本海，在全球气候系统中扮演着独特且关键的角色。它们不仅受到东亚季风的强烈影响，在过去几十年里经历了快速变暖，极端事件频发，还与全球气候的变化紧密相连。其局部变化能通过中纬度急流、涡度通量和全球遥相关等影响整个北半球。因此，深入研究这些边缘海对全球变暖的热力学响应，构建更精准的区域气候学地图集，成为了海洋科学领域亟待解决的关键问题。
韩国海洋科学技术研究所（Korea Institute of Ocean Science and Technology）等机构的研究人员积极投身于这项研究。他们成功开发出 2023 年东北亚海洋月度地图集（ANAS23⁴³），该地图集具有 0.1°×0.1° 的高分辨率，垂直方向上分为 73 层。研究表明，ANAS23 能可靠地描述水团、洋流、温盐锋和中尺度涡的空间分布，有效避免了尖峰噪声、垂直不稳定和人工水体等问题。这一成果发表在《Scientific Data》上，为评估气候平均场的动态状态及其在气候变化下的变化提供了重要的基线，在全球变暖的背景下意义非凡。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，在数据收集上，他们从世界海洋数据库 2018（WOD18⁵⁰）等多个来源收集了超过 160 万个水文剖面数据。然后，通过系统的质量控制流程，包括范围检查、梯度检查等，去除异常数据。在插值处理时，垂直方向利用 MR (ST)-PCHIP 等方法将数据插值到 73 个标准深度；水平方向采用简单克里金法进行插值，并通过 Barnes 滤波和九点平滑滤波去除噪声，最后利用数值算法对垂直结构进行校正。
研究结果如下：

• 水平分布特征：通过对比 ANAS23 与其他地图集，发现其在冬季和夏季的温度、盐度水平分布上有独特之处。在黄海，它能更准确地反映黄海暖流的特征，与其他地图集相比，在暖流区域温度更高、盐度更大，而在中国沿岸流区域则相反，呈现出更明显的 S 形锋面结构，这与冬季风期间的水文结构特征相符。在夏季，各地图集在东北亚海域的差异明显，EAS - RC 与 ANAS23 的结果最为相似，但在渤海存在明显的暖偏差。
• 垂直分布验证：在对日本气象厅 137°E（JMA137⁵⁹）和韩国海洋数据中心 105（KODC105⁶⁰）观测断面的研究中，ANAS23 表现出色。在 JMA137 断面，它对北太平洋中层水（NPIW）等水团的描述与观测结果相近，而其他地图集存在诸多问题，如 EAS - RC 在 NPIW 上层有显著的负异常，WOA18 存在锯齿状异常，WAGHC 存在正负异常和噪声等。在 KODC105 断面，ANAS23 能较好地呈现出暖涡（Ulleung Warm Eddy，UWE）和东海中层水（ESIW）的特征，而其他地图集在这方面存在偏差，如 EAS - RC 对 ESIW 的特征再现不准确，WOA18 无法准确捕捉 UWE 和 ESIW 的结构。
• 地转流分析：研究人员对比了由卫星高度计数据和各地图集估算的地转流。结果显示，ANAS23 对黑潮（Kuroshio）和对马暖流（Tsushima Warm Current）等主要洋流的描述与观测最为接近，在黑潮核心区域的纬向速度与观测值最为相似，而其他地图集存在一定偏差。
  研究结论表明，ANAS23 在描述西北太平洋边缘海的整体水文特征方面表现卓越，为研究东北亚海洋物理海洋学提供了重要的数据支持。在全球气候变化的背景下，它可作为数值实验的初始和边界条件，有助于更深入地理解海洋与气候的相互作用。然而，研究也指出，不同地图集之间仍存在明显的不确定性，特别是在观测数据稀缺的区域。这呼吁国际社会加强合作，收集更多高质量的水文观测数据，以进一步提升区域地图集的性能，提高对未来气候的预测能力。ANAS23 的出现，为海洋气候研究开辟了新的道路，相信在未来，随着研究的不断深入，人类对海洋的认识将更加全面和深入。