利用卫星获取的海面盐度测量加强水循环

在海洋上，85%的蒸发(E)和77%的降水(P)发生了。海水表面盐度(SSS)的变化是由这两个过程产生的，导致正(蒸发)和负(降水)异常。在全球变暖的情况下，全球水循环得到加强，这是一个重要的问题，因为它在全球范围内产生了深刻的社会经济后果。这篇文章将着眼于最近发表在科学报告日报》。

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自2000年以来，Argo系统在全球范围内的温度和盐度浮标阵列以及其他永久或定期观测系统帮助推进了对海洋盐度动态的认识。自2010年以来，可从太空获取SSS观测数据，增强了这一基本气候变量的监测潜力。

其中一个最显著的区别是卫星和原位盐度的测量是后者通常在几米深(5-10米)进行，监测近地表盐度(NSS)。相比之下，前者提供海洋最上层厘米层的测量数据，监测实际的SSS。

海顶垂直分层是造成南南海区和北南海区差异的主要原因。海洋盐度分层是由多种因素复杂混合造成的，包括降水、海洋平流、混合条件、河流径流淡水流入、海冰融化和蒸发。

顶部海洋层具有大致均匀的密度，活跃的垂直混合，并且在缺乏降雨、大陆流量或海冰融化的情况下具有较高的湍流耗散率。在这种情况下，10米以上的垂直盐度梯度可能很小。

研究人员在这里表明，由卫星SSS测量记录的动力学与由卫星SSS测量显示的动力学不相同原位NSS测量。一方面，卫星SSS数据显示了水循环的明显加强，这在NSS数据中是看不到的。另一方面，SSS和NSS趋势之间的显著差异表明，全球变暖正在导致大型开阔海域的分层增加。

方法

研究人员利用巴塞罗那专家中心的土壤水分和海洋盐度(SMOS) SSS地图。BEC SMOS SSS全球产品v2包含9天的3级盐度地图，每天以0.25创建 ° ×0.25 ° 从2011年到2018年。原位在盐度检索技术中，盐度数据不用于校准。因此，在每张地图上，SMOS盐度的全球平均值被设定为全球年盐度气候学标准。

2013年世界海洋地图集(WOA2013)公布的年度气候盐度值为0.25 ° ×0.25 ° 用作盐度参考。研究人员利用的是国家海洋数据中心(National Oceanographic Data Center)的平均年代产品。

对于Argo的测量值，研究人员进行了以下质量控制:对于Argo剖面，截止深度在5到10米之间。灰色列表配置文件(浮动可能有一个或多个传感器的困难)被删除。

研究人员使用WOA2013作为质量指标:与WOA2013相比，温度或盐度异常超过10°C或5 psu的Argo浮子剖面被消除。与WOA2013相比，只使用了接近地面的温度在-2.5到40°C之间，盐度在2到41 psu之间的剖面。

利用现有散射计和辐射计产生的所有遥感地面风作为客观方法的观测输入，用于计算全球海洋的6小时风场，以估计6小时混合风产品。

结果

Argo站点在9天窗口内的平均盐度在大型海洋区域，如60°S和60°n之间，随着时间的推移而发展，这与整个区域的平均盐度的时间历史有很大不同，如图1所示。

图1所示。平均盐度在60°S ~ 60°S之间的时间演化上图:Argo浮标测量的平均盐度(蓝色)，Argo地点的年度气候平均值(红色)，Argo地点的卫星盐度平均值(绿色)。下图:卫星盐度(黑色)、模式盐度(粉色)和年气候学盐度(灰色)在整个区域的平均值。在底部的图中，平均区域是常见的，由卫星覆盖给出。年度气候学的变化(灰色线，底部图)与卫星覆盖范围的变化相对应，而卫星覆盖范围主要与海冰掩膜的变化相对应。图片来源:Olmedo等，2022

Argo、卫星和模型的平均盐度地图显示了8年研究期间(2011-2018年)的可比地理趋势，如图2第一行所示。

图2。上一行:卫星(SSS)(左)和模式(NSS)(右)观测到的2011-2018年盐度平均值。中排:2011-2018年卫星SSS趋势(左)和模型NSS趋势(右)。趋势不等于零且置信度为95%的位置用黑色表示。底部图:平均SSS(黑色)和NSS(蓝色)趋势作为平均SSS和NSS(分别)在同一时期的函数。阴影区域表示95%的置信区间。使用Panoply v 4.12.0绘制地图。图片来源:Olmedo等，2022

SSS和NSS趋势的差异(图3的左上面板)表明太平洋有一个很大的海洋区域(介于30 ° S和10 ° S)，其中SSS的保鲜倾向明显低于NSS。

图3。左上角:2011-2018年卫星SSS趋势与模型NSS趋势的差异。右上方面板:2011-2018年混合层深度趋势。下一行:同期风速趋势(左)和海面温度趋势(右)。趋势不等于零且置信度为95%的位置用黑色表示。使用Panoply v 4.12.0绘制地图。图片来源:Olmedo等，2022

SSS和NSS趋势之间的负差异被更频繁的正差异所抵消，当MLD趋势给定值指定的任何区域平均时，都会产生正值;因此，图4顶部的SSS-NSS平均趋势面板仅显示正值。

图4。SSS和NSS趋势之间的平均差异是以下趋势的函数:混合层深度(上面板)、海面温度(中面板)和风速(下面板)。所考虑的区域包括热带和中纬度地区(即在40北纬40度° S)从分析中排除可能受海冰动态影响的海洋区域。图片来源:Olmedo等，2022

讨论

卫星数据提供了一种关于海洋顶层中尺度动力学的独一无二的信息来源，这是任何其他来源(无论是模型还是模型)都无法获得的原位)．他们制作了覆盖沿海和极地地区的常规全球盐度地图，极大地帮助了解海面盐度动态。

除此之外，卫星测量的SSS与观测到的NSS不同原位或者由模型预测。因此，卫星观测与原位测量。

根据克劳修斯-克拉珀龙(CC)联系，这表明饱和水蒸气压以每升温1摄氏度7%的速度上升，预计在全球变暖的情况下，水循环将加剧。面对气候变化，这导致了“干越来越干，湿越来越湿”(DDWW)范式。

结论

这些结果表明，在SSS大于34.7 psu的地区，正趋势占主导地位，全球平均水平为正，但在SSS小于34.7 psu的地区，正趋势则相反，这与DDWW范式一致。另一方面，NSS并没有证明这种放大。这支持使用SSS(而不是NSS)作为E-P代理。

研究人员在热带和中纬度地区发现了SSS和NSS趋势之间的显著差异，这很可能是地表变暖引起的净分层效应的结果。在低风的情况下，温度的持续上升在海洋的顶部几米形成了一个温暖的层，那里的温度向表面上升。

从海洋表面蒸发是有利的，因为这些情况持续的时间。因此，与NSS相比，SSS增加。

期刊引用:

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