海洋中尺度涡，亦称“天气式海洋涡旋”，是海洋中直径为100-300千米、寿命为2-10个月的涡旋。中尺度涡普遍存在于海洋中，是海水运动的重要形式，对海洋状态及相关的海气耦合过程的演变具有重要影响。中尺度涡的准确刻画对海洋状态及相关天气、气候事件的精准预报具有重要意义。
图1 （a）海洋中尺度涡的CNOP初始误差（流函数）,（b）海洋中尺度涡的速度场。红色细线表示 SSHA 等值线，红色粗线表示中尺度涡边缘，白色箭头表示速度矢量。
该研究针对海表高度异常（SSHA）的预报，用CNOP方法首先揭示了中尺度涡的初始精度在准确预报SSHA中的重要作用，进而发现中尺度涡的最优增长初始误差的主要能量集中在涡上流速从大到小的梯度大值区，并呈正负相间的径向切变结构的特征（图1）。作者们用涡流相互作用的正压不稳定性机制揭示了该区域涡旋的流速快变特征最有利于误差不稳定增长，而具有径向切变结构特征的误差则更加使其易于从涡旋汲取能量而显著增长，从而从理论上解释了中尺度涡最优增长初始误差的分布特征，确定了中尺度涡的目标观测敏感区。
从数值试验的角度，作者们在中尺度涡上随机布点模拟观测，并同化到初始场，结果发现如果优先同化中尺度涡敏感区内的模拟观测，尤其优先同化考虑了CNOP误差径向切变结构特征而布点的模拟观测，能够更加显著地提高SSHA的预报水平（图2）。
上述研究不仅为提高海洋中尺度涡初始精度提供了新的同化策略，而且可为海洋中尺度涡外场试验目标观测阵列的最优布局提供理论依据。以上成果发表在Journal of Physical Oceanography。
图2 中尺度涡敏感区内随机确定的（3格点观测）的30种同化策略G1-G30，以及对SSHA预报误差的减小程度
文章信息：
Jiang Lin, Duan Wansuo, Liu Hailong. 2022. The most sensitive initial error of sea surface height anomaly forecasts and its implication for target observations of mesoscale eddies. Journal of Physical Oceanography, 52(4): 723-740. https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0200.1
