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当前获得地大量海洋观测和资料同化方法的发展及其使用令海洋模式的预报得到了明显的改善。但是人们必须要解决由于资料同化引起的海洋预报系统的计算效率大大降低的问题。目前的同化方法可以分为两种：
一、基于统计方法的，例如EnOI、EnKF、EnKS、OI、卡曼滤波、扩展卡曼滤波、SEEK等；
二、基于变分方法，例如3DVAR、4DVAR等。但是这些方法通常需要大量的计算资源，特别是在高分辨率的情况下它们很难满足实际业务化预报的需要，所以如何有效的提高海洋资料同化的计算效率，减小计算负担是海洋业务化预报亟待解决的问题。此外，近岸观测的高奇异性是近岸资料同化面临的另一个重要的问题。如果我们简单的利用各向同性背景场误差协方差结构进行观测信息的传递，则可能在沿岸的区域位置沿岸或者对岸方向上虚假的传递信息。但是如果为了避免虚假信息的传递，将背景场的相关尺度减小，就会在沿岸方向流失一些宝贵的信息，也可能分析后在观测位置附近出现峰值、模式的结果会出现不平滑、增加一些虚假的物理过程等，例如可能在靠岸或者岛屿附近增加虚假的环流。为此本文将主要的精力放在了这两个问题上，做了如下的工作：
1.针对3DVAR方法中存在巨大的模式背景场误差协方差矩阵的逆和存贮问题，首先，为了优化最小化的条件，我们对变分方法中的控制变量进行了预处理，利用新的控制变量来代替它，从而在3DVAR的实施过程中去除了矩阵的逆，这在一定基础上减小了计算机的负担。此外，对于变分方法中的大矩阵的存储问题，我们在背景场相关尺度的基础上，将递归滤波技术应用到海洋资料同化中，简化了原来满秩的背景误差协方差矩阵，其结果导致背景场误差协方差矩阵变成了一个带状的对角阵，从而大大的减小了计算机的内存使用。另外，我们将背景场误差协方差矩阵进行了合理假设，认为它是可以按照坐标轴的方向进行分解，同时利用递归滤波技术实现类高斯型的背景误差协方差矩阵。从而，大大的减轻了资料同化时的计算负担。
当递归滤波应用到近岸同化中时，我们必须处理复杂的海岸线带来的问题。在本文中，我们结合Purser教授的建议使用了一个特殊的方法去处理不规则的海岸线。首先，我们将计算区域扩充至一个逻辑上的矩形区域，然后在矩形区域内构建递归滤波器，所以不规则的递归滤波边界被改变为规则的滤波边界。另外在逻辑矩形区域边界上，本文使用了简单的“镜面反射”原理去处理滤波边界。当我们把“镜面”放置在第一个内点和虚假的第一个外点中间时，超越矩形边界的滤波和未滤波的值是在计算区域内的对应值的简单复制。最后，利用海陆边界指示器，剔除掉最后分析场中的陆地点。
2.将以上方法应用到中国科学院大气物理研究所的海洋资料同化系统OVALS中，使之发展成为一个新的版本OVALS2，结合中国科学院大气物理研究所的热带太平洋环流模式验证了以上方法和系统。通过在热带太平洋区域进行2001年1月至2003年12月之间的XBT和Argo同化试验，来探讨应用递归滤波后的同化效果以及计算效率。将试验结果同WOA01和TAO阵列进行了对比，结果表明OVALS2和OVALS都可以改进模式的预报的温盐场。而且由OVALS2得到的结果非常类似于由OVALS得到的结果，甚至在有些区域，OVALS2的预报结果要略好于OVALS的结果。在计算效率方面和使用内存方面，明显的OVALS2占有优势，利用中国科学院大气物理研究所IBM服务器进行一个月的对比试验表明，OVALS2可以大约节省77％的计算时间和83％的计算机内存。而这些很好的证明了递归滤波方法的优越性，以及OVALS2更加适合业务化预报方面的需求。
3.在北海和波罗的海海域讨论了上述提到的近岸资料同化时遇到的问题的解决办法。在该海域，波罗的海观测系统(BOOS)已经提供了提供了大量的观测，人们希望借助这些观测提高预报精度。这个海域已经存在海表和温盐廓线的资料同化研究，但是这些利用多变量OI和EnOI等方法的温盐廓线同化研究不能很好的解决盐度锋面区域的观测资料的高奇异性问题。为此，我们利用丹麦气象研究所海洋海冰中心的三维海洋环流模式DMI-BSHcmod和跟随等深线的二维递归滤波技术研究温盐廓线的同化对北海/波罗的海预报的影响。这种递归滤波方案可使背景场误差协方差场的等值线出现局部伸长或者扁平，形成一个椭圆的形状。一个积分2个月的同化试验被用来验证上述方法。试验结果表明温、盐廓线的同化可以大大的改进海洋预报。在试验期内，温度和盐度的均方根误差分别被减小了36％和18％。此外，一个各向同性与各向异性背景误差的协方差结构应用的对比试验表明，在处理复杂的海岸线和强峰面时(例如丹麦水域)，各向异性的跟随等深线递归滤波更加有效。本文还讨论了流场对资料同化的影响，试验结果证明观测信息从观测位置传递到它的临近格点时和流场密切相关。