大气所ICCES成里京博士和朱江研究员以及国际上其余10个研究小组的科学家共同撰写的“XBT科学:仪器误差和偏差估计”在《美国气象学会会刊》(BAMS)上发表。
XBT全称eXpendable BathyThermograph(抛弃式测温仪器),是1970年到2001年海洋次表层最主要的温度观测仪器,占1970-2001年所有次表层温度数据的41%(图1)。该仪器测量到的温度数据广泛应用于气候变化、物理海洋学相关的研究中。然而,XBT数据存在系统性偏差,该偏差早在1970年代就被发现,但是直到IPCC第四次评估报告之后才引起广泛关注。IPCC-AR4报告指出:基于观测得到的全球上层海洋热含量估计与模式模拟的结果有很大差异,主要表现为观测数据表明在1970-1985年海洋存在一个“暖期”,但是没有任何模式可以模拟出该变暖时期。2007年,科学家发现,由于XBT偏差存在随时间的变化(其在1970-1985较大),基于观测的热含量估计存在系统性暖偏差,是造成IPCC-AR4中观测和模式差异的主要原因。
从2008至今,国际不同的研究小组提出了超过10种偏差订正方案,以订正历史XBT数据的系统性偏差。这其中包括大气所联合美国大气海洋局(NOAA)、澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的科学家在2014年提出的方案(Cheng等2014,JAOT)。不同的方案为科研人员使用XBT数据造成了很大困扰。因此XBT数据也经常被称为“不成熟”的数据之一。那么,到底应该如何订正XBT偏差?如何更好的使用历史XBT数据?
基于这两个问题,XBT研究小组在2014年11月举办了第四次XBT科学研讨会议。国际XBT研究小组(XBT community)围绕上述两个核心问题进行了充分的讨论,并决定由大气所成里京博士牵头,简要总结过去XBT研究取得的进展;对如何订正XBT偏差、如何使用XBT数据提出建议;并指出未来XBT研究的方向。该文章发表在BAMS上,是XBT研究小组首次面向气候变化、物理海洋学术界对如何使用XBT数据提出建议。主要建议包括:
1.建议订正XBT偏差时考虑下面多种因素。包括:需同时订正温度和深度偏差;对二者进行订正时需进一步考虑不同仪器的差异、不同海水温度的影响、历史不同时期偏差不一致。基于该建议,Cheng等2014方案是唯一一个全部考虑上述因素的订正方案。
2.建议使用订正后的XBT数据进行科学研究。特别是在计算海洋热含量、使用同化系统构建再分析数据、计算海洋热输送时。
3.未来对XBT数据及XBT偏差的研究应集中于下述方向:(i)主要的海洋观测数据中心应提供偏差订正后的XBT数据;(ii)进一步量化不同影响因素对XBT偏差的影响:包括在水池中进行XBT仪器落水实验、在大洋中进行XBT/CTD对比实验、用先进的数值模拟方法模拟XBT在海水中的自由下降过程。
Fig. 1. 不同观测仪器得到的数据在全球海洋次表层温度数据集中的比例,红色为XBT数据。
论文信息:
Cheng Lijing, John Abraham, Gustavo Goni, Timothy Boyer, Susan Wijffels, Rebecca Cowley, Viktor Gouretski, Franco Reseghetti, Shoichi Kizu, Shenfu Dong, Francis Bringas, Marlos Goes, Loïc Houpert, Janet Sprintall, Jiang Zhu, 2015: XBT Science: assessment of instrumental biases and errors, Bulletin of the American Meteorological Society, 97(6). doi: http://dx.doi.org/10.1175/BAMS-D-15-00031.1.