准确的观测数据是海洋科学、气候变化研究的基石。对海洋观测数据进行校准是海洋研究的一个基础研究方向。自19世纪末以来,科学家们发明多种海洋探测仪器以观测海洋温度,在这些仪器中有一些仪器具有显著的系统偏差,其中一种为机械式探温仪(MBT)。
MBT是上世纪40年代到70年代海洋主要的温度观测仪器,其数据占1940-1966年全部海洋次表层温度观测的68%。2018-2019年,大气所Viktor Gouretski和成里京副研究员合作研究了MBT数据的偏差,通过对比MBT数据与海洋数据的“金标准”CTD数据,证实MBT数据在1980年之前全球平均0-250米的暖偏差达0.1-0.2oC,在1980年之后偏差较小(0-0.1oC)(下图)。作为对比,海表温度过去百年升高了约0.6-0.7oC。因此,MBT暖偏差对海洋气候监测准确性影响较大大,对其订正是海洋数据处理中必须要用到的技术。
目前国际上只有三种对MBT数据的偏差订正方案,来自美、日、德三国,但他们之间差异非常大,影响了对MBT数据的使用,目前还没有公认的最佳方案。
V.Gouretski和成里京发现MBT深度和温度数据均有偏差,且偏差在不同年份、深度和国家均有所不同。这是由于不同国家和不同年代的观测手段和标准不一致、不同厂家的仪器差异、仪器设计随时间的更改、数据记录系统和经验的改变、温度和压力传感器的系统性漂移等原因导致。
通过对偏差来源的理解,V.Gouretski和成里京提出了一个新的MBT偏差订正方案,新的方案分别针对1940年以来各个年份、海洋0-300米各个深度、6个国家。其中六个国家主要是指美国、苏联、日本、加拿大、英国,及“所有其余国家”(因为其余国家对MBT数据贡献较少,将他们集合在一起以达到统计显著性)。
对多种方法的系统性对比和验证表明:新方案能够最佳订正MBT数据偏差,能够显著改进MBT数据质量(下图)。相关论文4于2020年月4日发表于美国气象学会AMS旗下的《大气和海洋技术杂志》(Journal of Atmospheric and Oceanic Technology)。
新的MBT订正方法是大气所海温数据的又一项核心技术,将应用在2020年新版本的大气所海温数据中,预期将显著提高海洋热含量在1940-1970时间段的准确性。
V.Gouretski教授于2018年10月至2019年7月由中科院大气所国际人才计划PIFI资助、2019年10月至12月由国家重点研发专项等项目资助,在大气所ICCES全职工作。
图. 未订正(上)和用新方法订正(下)的MBT数据与准确的海洋CTD数据对比的温度差异。
论文:
Gouretski V. and Cheng, L., 2020: Correction for systematic errors in the global data set of temperature profiles from mechanical bathythermographs. J. Atmos. Oceanic Technol., 0, https://doi.org/10.1175/JTECH-D-19-0205.1