利用卫星重力观测研究海水热含量时空变化以及全球热平衡问题

海水热含量变化是影响全球气候变化的一个重要因素，同时在全球热量变化的平衡研究中具有重要的贡献。针对利用海洋浮标方法难于测量深海海水热含量变化和空间观测分辨率较低的不足，本项目旨在利用卫星重力结合卫星测高的观测资料，研究求解全球和中国周边海的海水热含量变化。同时利用经验正交函数（EOF）等分析方法研究海水热含量的时空变化规律，并与海洋同化和海洋实测的结果进行比较分析。由于海洋观测手段的局限性，目前全球热平衡的研究无法顾及到深海海水热含量变化的贡献，而重力卫星观测的结果可以弥补现有观测研究的不足，用于确定整个海洋对全球热平衡的定量贡献。因此开展本项目的研究有助于更为准确地了解海水热含量时空变化的规律，进一步发挥卫星大地测量在全球变化研究中的作用。

项目的背景：海水热含量变化是影响全球气候变化的一个重要因素，同时在全球热量变化的平衡研究中具有重要的贡献。由于海洋观测手段的局限性，目前全球热平衡的研究无法准确估计全球以及深海海水热含量变化的贡献。利用卫星重力观测结果有助于更好的确定海洋对全球热平衡的定量贡献。.主要研究内容：(1)研究和改进利用卫星测高资料以及海水温度、盐度资料计算海水热含量变化的方法；(2)研究和改进利用GRACE 重力卫星观测资料反演海水质量变化的方法；(3)利用卫星测高、卫星重力观测和海洋同化模式联合求解海水热含量变化的方法研究，提高海洋热含量变化估计的准确度。.重要结果：1、完成全球和区域海洋热含量和海平面变化分析软件建设：该软件包括卫星测高数据处理模块、海洋数据处理模块、GRACE数据处理模块和分析模块等。进行必要的参数设置，可以用于计算和分析全球和区域海洋热含量变化和海平面变化。同时研发了一套具有自主知识产权的重力场恢复软件系统，并为发展我国独立自主的时变卫星重力反演技术打下了很好的基础，有重要科学意义和应用价值。2、基于Argo浮标数据得到0-2000m全球海洋热含量变化增温速率为0.9±0.1 W/m^2，明显高于有观测以来的平均速率。基于卫星测高、卫星重力和Argo资料，发现2000m以下仍存在海洋热含量增加趋势（0.18±0.36 W/m^2），但存在较大不确定性。3、2005-2013年，无论是在季节尺度还是在年际尺度上，海水质量变化（GRACE）和海水热含量变化引起的全球平均海平面变化之和，与卫星测高观测的结果吻合得很好。测高、GRACE和Argo浮标得到的海平面变化、质量引起的海平面变化和比容海平面变化的趋势分别为2.6±0.2 mm/yr、1.7±0.2 mm/yr和0.7±0.2 mm/yr，质量引起的海平面变化约占总变化趋势的三分之二。4、全球平均海平面年际变化中最突出的信号是由厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）引起的。2003-2014年间，几次较大的厄尔尼诺以及拉尼娜现象均引起了海平面年际变化的响应。总的海平面年际变化、海水质量年际变化部分和比容海平面年际变化部分均与ENSO存在较高相关性。经过对Argo分层实测数据分析,发现ENSO现象能够影响赤道太平洋区域0-300m的海深的海水温度。