总结与结论

在过去的40年里，数值模拟在范围(从流体动力学到生态学)和分辨率(从一维，102个元素到三维，108个元素)方面发展迅速，利用了计算能力的同时代发展。尽管我们在全球海洋观测系统的实施方面取得了重大进展，但在需要高空间分辨率的领域，如沿海领域，观测能力的同步发展尚未实现(尽管在遥感和传感器技术等领域取得了令人兴奋的进展)。

如今，各种各样的应用涉及海洋预报这些系统的范围从三维环流场和密度场、波浪、潮汐和风暴潮的短期预测，到千年来全球气候变化对陆地、河流和生态的影响的海洋-大气-陆地耦合情景预测。raybet雷竞技最新模式模拟的准确性取决于观测和相关气象、海洋和水文模式数据的可用性和适用性(准确性、分辨率和持续时间)，以建立、施加和评估计算。建模处于需要在基础设施和组织方面进行重大和持续投资的阶段:例如，访问超级计算机、软件维护和数据交换(Shapiro et al. 2008)。

在GODAE下开发的许多研究方法才刚刚开始，将需要持续的国际研究合作和协调。在服务开发和与最终用户的联系方面仍然存在许多挑战(这超出了本章的范围)。在科学方面，chassinet和Verron(1998)编辑的书中提到的许多基本建模问题仍然没有解决。它们代表着新的挑战，要求我们逐步改变目前的努力。以下是一份不完整的科学挑战清单:

•海洋建模(有关海洋建模问题的更全面列表，请参阅Griffies et al. 2010):

——中尺度旋转的模型可以显示出比观测到的大得多的双叶扩散数值。由数值平流引起的假双叶流混合仍然是一个问题，变量和/或涡解分辨率和动态网格的后果在很大程度上尚未被探索。降低模型中虚假的双柱流混合水平有助于将混合理论纳入模拟的合作努力，这反过来有助于集中观测工作来测量混合并确定其对海洋环流的影响。通过改进示踪剂平流方案，已经在纠正这一问题上取得了进展，但还需要进一步的工作来量化这些进展。

-大部分未开发的研究领域涉及粘度和扩散系数的局部缩放。横向粘性摩擦仍然是海洋模型中关闭动量方程的默认方法。然而，模型所使用的大水平横向粘性耗散并不能模拟真实海洋中的能量耗散。

-海底应该在精细分解的网格区域连续表示，以忠实地模拟受地形影响的流动。这一特性通常是通过遵循垂直坐标的地形实现的，但非结构化网格模型的最佳策略仍在研究中。

-大规模的海浪-大气耦合仍然是一个活跃的研究领域。虽然风引起的表面波主要通过在海洋表面产生内波来促进混合，但地转运动也可能维持波引起的内部混合。此外，潮汐波可以影响整个水柱。

-亚中尺度锋和相关的不稳定是普遍存在的，那些活跃在上层海洋的锋提供了一种相对快速的再化机制，应该在海洋模拟中参数化，即使是那些解决中尺度的模拟。

物理、生物地球化学和生态系统模型在尺度一致性、解决过程和一致参数化方面的耦合需要进一步研究。

•观察系统:

-探索新型观测对预测系统的影响(例如遥感海面盐度、高分辨率宽带测高)需要专门的努力和资源。

-与IMBER和SOLAS等国际项目合作，正在进行实时生物地球化学和生态系统的研究海洋观测系统例如具有成本效益的传感器技术。

-加强对观测系统设计及其模拟自适应采样的重视，将能够评估观测系统的各个组成部分，并为改进海洋观测系统的设计和实施提供科学指导。

•数据同化:

-数据同化工具的开发正在进行中，例如大气-海洋初始化耦合技术，适用于广泛的应用，包括短期、季节-十年和气候变化预测(与WMO项目合作)。raybet雷竞技最新

-目前正在为海洋环流模式的生物地球化学和生态系统模块开发适合业务用途的有效数据同化技术。

-另一个研究重点是使用基于各种预测系统的集成方法表示模型和数据误差，从而提供更准确的背景误差估计。

-嵌套系统内、开边界解的多尺度数据同化和联合估计在很大程度上仍未解决。

-用户越来越多地要求将常规提供的全球信息(卫星和现场观测、nowcast和预报)的关键路径扩展到沿海应用。

增强用户对沿海海洋预报的吸收的先决条件是增强现有系统和开发新的沿海海洋预报系统，将全球盆地范围模型估计作为局部数据同化问题的一部分，解决丰富的尺度相互作用、潮汐和高频率，并试验耦合建模和非结构化网格建模等新方法。

-这些预报工具必须能够有助于沿海海洋观测系统的客观设计，例如新的卫星传感器、沿海观测站等;在地方预报系统中使用这些观测资料，并将资料提高到盆地尺度系统。

因此，21世纪的海洋预报仍然面临从天气到气候等时间尺度的许多挑战。raybet雷竞技最新它本质上是一个国际问题，需要广泛合作以跨越全球海洋;这是任何一个国家都无法做到的。在过去十年中，GODAE通过其国际GODAE指导小组(IGST)协调和促进了全球和区域海洋预报系统的发展，并取得了出色的进展。GODAE实验已于2008年结束。

下一个十年将在GODAE的成功基础上，在GODAE海洋观科学团队的主持下，在海洋预报方面产生新的研究活动。GODAE OceanView将在一致的框架内促进海洋建模和同化的发展，以优化相互进步和利益。它将促进有关地利用改进的海洋分析和预报，并将提供一种手段来评估观测系统的相对贡献和需求及其各自的优先事项。GODAE海洋观计划将导致下一个持续阶段所需的长期国际协作与合作操作海洋学在21世纪。

宏大的愿景和关键的研究挑战是开发数值天气预报和涡流解析海洋模型的耦合初始化系统。这些系统将有助于并受益于地球系统建模的最新进展。随着计算资源的增加，下一个十年也可能会更加强调跨越时间和空间尺度的“无缝”集成，涵盖全球、区域和沿海/近岸海洋预测系统，并解决越来越多的用户应用。

本文由GODAE国际科学团队的前成员以及最近的GODAE海景科学团队成员及其赞助人团体提供的信息撰写。作者要特别感谢Pierre - yves Le Traon、Mike Bell、Eric Dombrowsky、Kirsten Wilmer-Becker、Pierre Brasseur、Pierre De Mey、Roger Proctor、Jacques Verron、Peter Oke和John Parslow通过许多与本文相关的问题的讨论做出的贡献。

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