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盐度，是海水中重要的物理参数之一，其分布与变化不仅可以作为全球水循环过程和一些重要变率的指示因子，也能通过调整海水状态和海洋环流过程，对全球气候和生态系统产生重要的影响。因此，对盐度多尺度变率的机理研究具有重要的科学意义和社会价值。然而，过去的盐度观测资料存在稀疏且时空分布不均匀的问题，而国际已有技术重构得到的盐度格点产品间也存在较大的差异。这些都导致盐度多尺度变率研究的进展相对滞后。直到Argo阶段（2005年以来），盐度观测首次实现了接近全球上层2000米海域的覆盖;同时，新的基于模式模拟的数据重构技术被提出。这些进展使我们可以重构出更准确的历史盐度变化，并且有助于更深入的理解盐度变率及其机理。本论文首先开展高分辨率盐度格点数据的构建与评估，进而考察盐度的多尺度变率机制，最后用新的层结格点数据更准确地估算温盐导致的海洋层结变化。
为了构建自1960年以来全球海洋上层2000米完整连续的0.5度水平分辨率的盐度场，本文基于目前现场观测资料，以及新的数据重构技术，开展了高分辨率盐度数据的重构。我们采用了改进的基于动态集合的集合最优插值(ENOI-DE)方案，构建了新一代覆盖全球的0.5度水平分辨率盐度格点数据（简称IAP-05数据）。本文采用两种方式对新数据以及其它国际已有的盐度产品进行评估。首先，通过基于Argo阶段观测的重采样测试方案系统性评估了重构场的准确性。评估发现，新产品能够较好地重构海水盐度的历史变化，尤其是年代际和多年代际尺度，且在海盆尺度方面与已有的1度水平分辨率产品（简称IAP-1）保持不错的一致性。
其次，对比了不同盐度产品对盐度多尺度变率特征的刻画能力，包括近岸与边界流区域的分布，长期趋势估计，以及对一些关键气候模态的反演能力。对于边界流与近岸区域的分布，IAP-05不仅能反映大尺度的盐度特征，也体现了一些优势，包括更为细致地刻画盐度的空间分布，包含了一些中小尺度的信息，并且有效改善了对海陆边界和地形信息的刻画。长期趋势的估计方面，观测格点分析数据，包括两套IAP数据，英国EN4，美国NCEI与日本Ishii数据对于表层与次表层盐度的长期趋势，以及表层盐度层结的长期变化的刻画效果要优手再分析结果(包括英国ORAS4和美国SODA)。其中，EN4与NCEI受限于传统重构方案中在无观测区域异常为0的假设，表现为一些不完整和圆斑状的分布;相比之下，IAP两个版本的数据有效克服了过去传统方案的缺陷，更好地刻画盐度的分布特征。对于区域尺度的盐度变率，格点分析数据和再分析数据在Argo阶段，对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和赤道印度洋的盐度偶极子模态(S-IOD)所对应的盐度分布特征的刻画较为一致;但在Argo阶段以前（2005年以前）则存在不少差异。IAP-05和IAP-1对于ENSO的盐度响应，能在这两个阶段保持不错的连续性，且IAP-05的刻画更为细致;IAP-1与两个再分析数据(ORAS4和SODA)对与S-IOD有关的盐度典型特征的刻画效果更佳。此外，中拉布拉多海的盐度表现出显著的年代际变化，其中只有IAP-1能够完整地再现这个年代际信号。
总体而言，IAP-1在以上这些盐度多尺度变率的刻画方面有更理想的效果，而IAP-05数据也集中体现了高分辨率的优势。目前的研究不仅有利于我们理解过去几十年，区域和全球盐度的变化，也能为我们未来重构技术的研究，以及盐度数据的应用分析提供了很好的参考。
新数据的验证说明，IAP数据可以用于盐度的年代际尺度变率研究，且Argo阶段数据的质量有了大幅提升。因此，基于IAP数据以及多套国际数据产品，本文进而研究了Argo阶段太平洋上层盐度的年代际变化及其潜在机制。多套盐度观测结果均显示，太平洋与全球海洋上层200米的平均盐度在2005-2015年间出现增大的信号。基于多源观测数据和海洋再分析数据，我们开展了上层200米的盐度收支分析，厘清了导致近期太平洋盐度增大的原因。结果表明，自2005年以来盐度的增大，主要是由于表层降水的减少。海洋平流则抑制了表层淡水异常，起到重新调整区域盐度平衡的作用。降水和平流过程都与表层风场异常密切相关，揭示了风场驱动过程在此次海洋盐度变化中的重要作用。进一步研究表明，此次盐度分布的变化与太平洋年代际涛动(IPO)有关。本研究也强调了气候系统中的年代际自然变率对海水盐度变化有较强的调节作用。
最后，本文考察了海洋层结的变化，作为海洋中另一个关键物理特性，主要由海洋温盐的不均匀变化所控制。其变化会调整海洋垂向混合过程，从而影响海洋内部热量，碳，氧含量和其它物质的垂向交换。过去海洋层结变化估计经常由表层和200米两层间的变化近似代表，忽视了层结分布复杂的时空结构。本文基于全新的温盐观测格点数据，利用浮力频率的平方（N2）定义层结，在国际上首次建立了自1960年以来从表层至2000米深度不同深度的海洋层结格点数据。利用该数据，本文估算了过去近60年海洋上层2000米层结的长期变化，并评估温盐贡献。结果表明，全球平均而言，海洋上层2000米层结在1960-2018年间已增强了5.3[5.0-5.8]％（置信区间为5％-95％），相当于每十年0.90％的增速。层结的增强主要（约71％）位于上层200米，且主要（90％以上）是由于上层海洋的增暖速度要比深层海水更快所致。而盐度变化在一些关键区域扮演着重要的角色，例如赤道太平洋，北太平洋，极地地区和热带/副热带大西洋。这些结果为我们理解海洋环流和生物化学过程，以及气候变化的响应都提供了有力的支撑。
为了构建自1960年以来全球海洋上层2000米完整连续的0.5度水平分辨率的盐度场，本文基于目前现场观测资料，以及新的数据重构技术，开展了高分辨率盐度数据的重构。我们采用了改进的基于动态集合的集合最优插值(ENOI-DE)方案，构建了新一代覆盖全球的0.5度水平分辨率盐度格点数据（简称IAP-05数据）。本文采用两种方式对新数据以及其它国际已有的盐度产品进行评估。首先，通过基于Argo阶段观测的重采样测试方案系统性评估了重构场的准确性。评估发现，新产品能够较好地重构海水盐度的历史变化，尤其是年代际和多年代际尺度，且在海盆尺度方面与已有的1度水平分辨率产品（简称IAP-1）保持不错的一致性。
其次，对比了不同盐度产品对盐度多尺度变率特征的刻画能力，包括近岸与边界流区域的分布，长期趋势估计，以及对一些关键气候模态的反演能力。对于边界流与近岸区域的分布，IAP-05不仅能反映大尺度的盐度特征，也体现了一些优势，包括更为细致地刻画盐度的空间分布，包含了一些中小尺度的信息，并且有效改善了对海陆边界和地形信息的刻画。长期趋势的估计方面，观测格点分析数据，包括两套IAP数据，英国EN4，美国NCEI与日本Ishii数据对于表层与次表层盐度的长期趋势，以及表层盐度层结的长期变化的刻画效果要优手再分析结果(包括英国ORAS4和美国SODA)。其中，EN4与NCEI受限于传统重构方案中在无观测区域异常为0的假设，表现为一些不完整和圆斑状的分布;相比之下，IAP两个版本的数据有效克服了过去传统方案的缺陷，更好地刻画盐度的分布特征。对于区域尺度的盐度变率，格点分析数据和再分析数据在Argo阶段，对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和赤道印度洋的盐度偶极子模态(S-IOD)所对应的盐度分布特征的刻画较为一致;但在Argo阶段以前（2005年以前）则存在不少差异。IAP-05和IAP-1对于ENSO的盐度响应，能在这两个阶段保持不错的连续性，且IAP-05的刻画更为细致;IAP-1与两个再分析数据(ORAS4和SODA)对与S-IOD有关的盐度典型特征的刻画效果更佳。此外，中拉布拉多海的盐度表现出显著的年代际变化，其中只有IAP-1能够完整地再现这个年代际信号。
总体而言，IAP-1在以上这些盐度多尺度变率的刻画方面有更理想的效果，而IAP-05数据也集中体现了高分辨率的优势。目前的研究不仅有利于我们理解过去几十年，区域和全球盐度的变化，也能为我们未来重构技术的研究，以及盐度数据的应用分析提供了很好的参考。
新数据的验证说明，IAP数据可以用于盐度的年代际尺度变率研究，且Argo阶段数据的质量有了大幅提升。因此，基于IAP数据以及多套国际数据产品，本文进而研究了Argo阶段太平洋上层盐度的年代际变化及其潜在机制。多套盐度观测结果均显示，太平洋与全球海洋上层200米的平均盐度在2005-2015年间出现增大的信号。基于多源观测数据和海洋再分析数据，我们开展了上层200米的盐度收支分析，厘清了导致近期太平洋盐度增大的原因。结果表明，自2005年以来盐度的增大，主要是由于表层降水的减少。海洋平流则抑制了表层淡水异常，起到重新调整区域盐度平衡的作用。降水和平流过程都与表层风场异常密切相关，揭示了风场驱动过程在此次海洋盐度变化中的重要作用。进一步研究表明，此次盐度分布的变化与太平洋年代际涛动(IPO)有关。本研究也强调了气候系统中的年代际自然变率对海水盐度变化有较强的调节作用。
最后，本文考察了海洋层结的变化，作为海洋中另一个关键物理特性，主要由海洋温盐的不均匀变化所控制。其变化会调整海洋垂向混合过程，从而影响海洋内部热量，碳，氧含量和其它物质的垂向交换。过去海洋层结变化估计经常由表层和200米两层间的变化近似代表，忽视了层结分布复杂的时空结构。本文基于全新的温盐观测格点数据，利用浮力频率的平方（N2）定义层结，在国际上首次建立了自1960年以来从表层至2000米深度不同深度的海洋层结格点数据。利用该数据，本文估算了过去近60年海洋上层2000米层结的长期变化，并评估温盐贡献。结果表明，全球平均而言，海洋上层2000米层结在1960-2018年间已增强了5.3[5.0-5.8]％（置信区间为5％-95％），相当于每十年0.90％的增速。层结的增强主要（约71％）位于上层200米，且主要（90％以上）是由于上层海洋的增暖速度要比深层海水更快所致。而盐度变化在一些关键区域扮演着重要的角色，例如赤道太平洋，北太平洋，极地地区和热带/副热带大西洋。这些结果为我们理解海洋环流和生物化学过程，以及气候变化的响应都提供了有力的支撑。