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21世纪以来，海洋再度成为世界关注的焦点。减轻或利用海洋现象对人类活动的影响，加强海洋资源开发，关键要系统、全面地认识海洋。由于观测资料的误差和数值模式的偏差，人类对于海洋的深入研究进入了瓶颈。资料同化通过将观测资料和模式结果最优结合，能够得到真实、准确并且时空连续的海洋状态。本文建立了一个全球准涡分辨率Hybrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)的改进版本且从海水的热力、动力等方面进行了多角度的评估，基于EnOI(Ensemble Optimal Interpolation)方法创新性地提出了最优的“混合层垂直局地化”海表面温度同化方案，并建立了海表面温度同化系统，近十年的同化结果表明同化系统能够显著提高模式的模拟性能。本论文的主要内容和结论如下: 1、基于改进的全球准涡分辨率HYCOM，为确保模式已经达到稳定状态，进行了100年的spin-up试验。spin-up后模式在上700米温度、盐度和动能的变化都已经趋于平稳，spin-up后30年平均的温盐场和流场与实际都比较接近，可以把spin-up100年后的结果作为历史模拟的初始场。 2、使用欧洲中心每六小时的大气强迫场（包括，风、温度、湿度和降水等），进行历史模拟。模式气候平均的海表面高度异常(SLA)与卫星观测在几个海盆尺度环流的形状比较一致，但是SLA变率的范围和强度要弱于观测，这可能与模拟的涡旋偏弱有关。此外，模式SLA的趋势在大部分区域比较理想，全球平均的结果与观测也比较接近。对于海表面温度(SST)，模式与观测的季节变化相对一致，Nino3.4指数及其回归结果也比较理想，表明模式能够较好地模拟热带地区年际变化。趋势方面，模式在几个大洋的空间分布与OISST比较接近;全球平均而言，模式与观测在整个时间段极值的位置比较一致，但模式没有模拟出实际SST的增长趋势，这可能与模式中东太平洋和南大洋的负趋势偏强有关。 在海洋次表层，模式与观测温盐垂直断面的强度和极值位置都比较一致;上层海洋热含量空间分布的模拟也比较理想，但模式中的湾流把大西洋中低纬度更多的热量输送至更高纬度，类似的情况在黑潮区域也有一定的表现。此外，模式和EN4再分析资料混合层深度在中纬度的分布也比较一致。 对于海流的模拟，模式与ECCO再分析数据在四个季节主要表层流的位置和范围都比较接近。但是，相比于ECCO数据，模式的流速整体偏强。在赤道地区，模式的赤道潜流(EUC)速度明显强于ECCO，但仍比TAO的实际观测低了约20％。在印尼海域，模式能够准确的分辨出几个关键海峡的位置，并能较好地模拟出Makassar和Ombai海峡表层流滞后的现象，在Lombok和Timor海峡海流的季节变化与观测也比较一致，但模式的海流速度整体偏低，特别在Ombai海峡。此外，模式对于ITF的入流和出流模拟都偏低，其中有一部分出流经Sape海峡分流，流速和流量的偏差与模式对印尼群岛地形的分辨不足有关。 3、在全球HYCOM的基础上，采用EnOI方法对NOAA的SST进行同化试验。在试验中设计了多变量调整(AssimMultiVar)、仅调整温度(AssimTonly)和调整温度并加入混合层垂直局地化(AssimTmxl)三种同化方案，并针对2006-2008年的历史模拟进行对比分析。结果表明，三组同化试验对于SST都有较好的调整效果，同化技巧均达到25％以上。AssimMultiVar对于次表层温度和盐度模拟的偏差最大，其海洋热含量的均方根误差(RMSE)超过了未同化试验并随时间有明显的增加，表明SST与下层其它变量的关系并不确定，不适合多变量同化;AssimTonly的结果要好于AssimMultiVar，但海洋热含量的RMSE仍随时间有一定的增长趋势。这说明通过集合样本统计的SST与深层温度之间存在一定的虚假相关关系，需要进一步限制同化对深层海水温度的调整;AssimTmxl能够有效提高海洋上层温度的模拟，在深层则接近未同化试验。对海洋热含量的模拟也有较大改进，并且随时间保持稳定，是效果最好的同化方案。 4、目前，我们已建立了海表面温度同化系统，包括:海洋观测资料(OISST)、超级计算机（天河一号）、海洋模式(HYC OM)以及同化算法(EnOI)，未来也要发展SLA和EN4等海洋资料的同化系统。对2006-2015年SST同化的评估表明，气候平均的SST在陆地附近、西边界流和南极绕极流区域的偏差明显减小;同化后SST的趋势也更接近于观测;对于各区域平均的SST，同化均能够很好地纠正模式极值和趋势的偏差。