我所公开发布1950-2100年全球多要素风、涌浪数据
近期,我所公开发布了一套基于自主气候模式FIO-ESM v2.0的全球海浪数据,可分别以风、涌浪系统的形式提供自1950年至本世纪末的多要素海浪特征。该成果首次在第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 6,CMIP6)框架下以波浪系统为单位提供了未来情景的全球海浪要素信息。
该套数据由65年(1950年-2014年)历史情景试验和三种不同的共享社会经济路径下(the Shared Socioeconomic Pathways, SSP126、SSP245和SSP585) 86年(2015年-2100年)未来情景试验组成。每个情景的数据均以风浪系统、第一、第二、第三涌浪系统(按系统所含能量从大到小排列),以及涌浪系统联合和总系统联合共6种形式提供3小时高时间分辨率的全球海浪要素。所提供海浪要素的数量多达17个:除了包含有效波高、跨零周期、平均波向等常规海浪参数外,还提供波能周期、波浪能能流密度等波浪能资源相关信息,以及谱宽度、方向展角等海浪谱几何特征。该套数据总大小为6.55TB,各波浪要素按月存档,下载地址为:https://doi.org/10.57760/sciencedb.02242 ,相关后处理代码下载地址为:https://doi.org/10.57760/sciencedb.02893
2020年,我所已公开发布过一组千年全球海浪数据,该数据同样来源于气候模式FIO-ESM v2.0,是当时国际上首套来自于完整气候模式的长时间海浪数据。FIO-ESM是以海浪耦合为特色的气候模式。我所科研人员经过长期不懈努力,揭示了波浪对上层海洋混合层及气候系统的核心作用,创建了浪致混合理论并解开了波生湍流的本质,在国际首次建立了海浪-潮流-环流耦合模式FIO-COM。在此基础上,我所建立了国际首个包含海浪的气候模式FIO-ESM v1.0,2013年参加了第五次国际耦合模式比较计划CMIP5,随后并将海浪破碎飞沫以及海浪斯托克斯漂对海气通量的影响纳入气候模式,建立了FIO-ESM v2.0,并参加了第六次国际耦合模式比较计划CMIP6。
本次发布的海浪数据在上述基础上,进一步丰富了海浪要素的种类,并以波浪系统为基本单位提供更为细致的全球历史及未来海浪特征。该套数据历史情景下的多年平均有效波高与AVSIO多元卫星高度计观测资料、COWCLIP2(the Coordinated Ocean Wave Climate Project Phase 2)多元历史再分析/后报结果进行了比对,均取得了较好的一致性。特别的,该套数据2010-2014年联合风涌浪、风浪及联合涌浪的有效波高、波能周期与欧洲预报中心第5代再分析资料(the ECMWF Reanalysis v5, ERA5)的对应数据进行了比对,波浪系统层面的波浪要素可靠性验证也得到了较好的结果。
该套数据为过去、现在,特别是未来的波候变化研究提供了全新的视角,使得相关工作得以在波浪系统的层面上展开,有望加深对波浪系统演化导致波候特征变化这一机制的科学理解,进一步揭示过去至未来长时间跨度内海浪-大气相互作用的机理和效果。此外,顺应海洋可再生能源利用的发展,具有能量密度高、分布面广、对环境的负面影响小等优点的波浪能资源也逐步得到重视。该套数据特别提供了波浪能资源相关参数,并提供了未来可能的波能资源变化趋势,可为波能资源评估、开发区选划、波能装置及阵列设计提供了更为全面、详实的数据支撑。
该成果以“Global 3-hourly wind-wave and swell data for wave climate and wave energy resource research from 1950 to 2100”为题发表于学术期刊《Scientific Data》(doi: 10.1038/s41597-023-02151-w)。我所江兴杰博士为论文第一编辑,宋振亚研究员为通讯编辑,合编辑包括我所鲍颖博士和中海油研究总院谢波涛博士。该研究得到崂山实验室科技创新项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金以及创新研究群体项目等的支撑。
本数据与ERA5再分析资料的对比(2010-2014)(左图:平均有效波高的对比,右图平均能量周期的对比;其中COMB、WSEA、TSWL分别表示风、涌浪总体,仅风浪部分和仅涌浪部分)
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