科研成果
基于卫星观测的拉格朗日涡旋数据集
时间：2023年04月21日
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近日，我所刘统亚副研究员在地学领域顶级期刊Earth System Science Data（IF：11.815）发表题为“A global Lagrangian eddy dataset based on satellite altimetry”的研究论文，并发布了一套基于卫星观测的拉格朗日涡旋数据产品。刘统亚副研究员是论文第一作者和通讯作者，与美国哥伦比亚大学Ryan Abernathey教授合作完成了该研究。
中尺度涡旋在海洋中随处可见，它们携带了约90%的海洋动能，在全球海洋的物质和能量输运中起着至关重要的作用。目前，几乎所有的公开数据集都采用欧拉方法进行涡旋探测，但已有研究指出，基于欧拉方法识别的涡旋并不是真正的连贯结构（coherent structure），这些涡旋在生命周期内通常会与周围水体发生强烈的水交换，基于此估算涡致输运可能会极大地高估涡旋携带物质的能力。与欧拉方法相比，利用拉格朗日方法探测涡旋的步骤相对复杂，但欧拉方法的缺陷有望在拉格朗日框架下得以克服。
该研究利用1993-2019年卫星资料提供的全球海表地转流场驱动高分辨率（1/32度）的拉格朗日粒子，计算粒子在180天内的移动轨迹，并基于Lagrangian-averaged vorticity deviation （LAVD）方法探测三种生命周期（30天、90天和180天）的拉格朗日涡旋，建立了一套全球拉格朗日涡旋数据集(GLED v1.0)；数据集提供了涡旋中心位置、涡旋半径、旋转性质等特征信息，以及涡旋生命周期内携带粒子的移动轨迹；并对拉格朗日涡旋和SSH涡旋的统计特征进行了比较，发现两类涡旋的移动速度接近，但拉格朗日涡旋的半径仅为SSH涡旋的一半；还利用Argo浮标资料对数据集的可靠性进行了验证。该数据集对于更准确诊断涡旋携带输运的贡献有重要意义，并将有助于我们理解中尺度涡旋在物理、生物和化学过程中的作用。
目前，该涡旋数据集已在Zenodo数据平台公开发布，供科研工作者免费使用，下载地址为（https://zenodo.org/record/7349753#.ZD-LHexBxz8），并在GitHub提供了数据处理和可视化算法（https://github.com/liutongya/GLED）。
《Earth System Science Data》是地球系统科学领域的顶级期刊，旨在发布地球系统科学领域最新及原创的高质量数据集，最新影响因子为11.815，其CiteScore在地球科学类期刊中排名前列。
该研究得到了国家自然科学青年基金和国家自然科学基金重大仪器专项的共同支持。
图1 拉格朗日涡旋数据集的制作流程图。
图2 全球LAVD场及探测到的拉格朗日涡旋。
论文引用： Liu, T. and Abernathey, R.: A global Lagrangian eddy dataset based on satellite altimetry, Earth System Science Data, 15, 1765–1778, https://doi.org/10.5194/essd-15-1765-2023, 2023.
