国际常用的海洋数据资料有哪些？

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现代海洋科学，人类对海洋进行观测和调查，旨在掌握其运动规律以及探索其与气候间的内在联系。从刚开始的有限解析计算解和单船走航观测发展到数值计算解和多船多海域联合调查甚至到卫星遥感反演数据。数据资料涵盖全球海底地形数据、海洋遥感数据、船测数据、浮标资料、模式同化资料等诸多方面。

本文盘点了目前国际常用的海洋数据资料：①地形数据，②卫星遥感资料，③再分析资料，④海洋调查资料，⑤其他。

一、地形数据

ETOP 数据是当今海洋模式中最常用的水深岸界数据，尤其是为大尺度的数值模拟提供了比较可靠，可用的水深数据，给海洋数值模拟带来了很大方便。

ETOPO5 地形数据的全称是 5-Minute Gridded Global Relief Data Collection（五分网格全球地形数据集），它是NOAA（美国国家海洋大气局）收集各方面资料，经过处理得到的网格化地形数据。ET-OPO5 包含了一些网格化的全球地形数据和不同尺度的水深数据，数字化的陆地岸界，网格化的重力异常场等数据。ETOPO5数据包含了630多兆的数据和程序，其中主要部分包含了：

（1）WDB（世界数据库II），其中包含了海岸线数据，河流和湖泊，行政边界的数据。

（2）ETOPO5 世界范围内海拔和水深的五分网格数据，它是16 bit的二进制数据。

（3）USGS：分辨率为30"的邻近美国的48个地区的海拔和沿岸水深数据，这部分数据来自于美国地质勘探和国家海洋服务数据 （US Geological Survey and National Ocean Service data）

（4）ETOPO2/ ETOPO2v2（2-Minute Gridded Global Relief Data）  ETOPO2 和 ETOPO2v2 是在ETOPO5 的 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 它 包 含 了 纬度-90°～+90°，经度 -180°～+180° 范围内分辨率为 2' 的地形数据，对于美国附近海域的分辨率已经提高到 3"。

二、卫星遥感资料

经常用于卫星进行遥感观测的传感器主要有：辐射计、散射计、卫星高度计和合成孔径雷达等。

1、辐射计资料

辐射计（Radiometer）是一种根据被动遥感理论而制作的传感器，辐射计本身并不发射电磁波，它通过接收地球表面的反射和散射的太阳光，以及地球、海洋、大气表面自身所发射的电磁波来反演提取地球表面信息的。它可以用来反演海水叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度以及海水光学衰减系数、大气的状况，以及海表面温度和海表面上空水汽含量等信息。

常用的辐射计是 AVHRR（Ad-vangced Very High Resolution Radiometer），AVHRR是 NOAA 系列卫星的主要探测仪器，它是一种五光谱通道的扫描辐射仪，各光谱通道的波长范围及地面分辨率。星上探测器扫描角为 ±55.4°，相当于探测地面2800 km宽的带状区域，两条轨道可以覆盖我国大部分国土，三条轨道可完全覆盖我国全部国土。AVHRR的星下点分辨率为1.1 km。由于扫描角大，图像边缘部分变形较大，实际上最有用的部分在±15°范围内（15°处地面分辨率为1.5 km），这个范围的成像周期为 6 d。AVHRR 可

以用来观测反演地表植被覆盖情况、大气中雾的分布情况，以及海表温度分布等，反演的资料分辨率高、可信度强。

2、散射计资料

散射计（scatterometer）是一种专门监测全球海表面风的主动微波雷达，使用卫星携带的散射计可获得全天候、高分辨率的全球海洋近表面风资料。散射计为一种斜视观测的主动式微波装置。美国宇航局于 1999 年 6 月发射 Quick-SCAT（quick scatter satellite）卫星，其上携带了双幅侧扫描的 Ku波段散射计 Seawinds，美国宇航局喷气推进实验室物理海洋数据分发存档中心（PODAAC）负责分发散射计 Seawinds 数据产品。借助于风的近实时卫星遥感数据，并利用大气及海洋数值预报模型，可以改进全球和近海天气预报，改进风暴预警和监测水平。

3、卫星高度计资料

高 度 计（Altimeter）可 以 实 现 对 有 效 波 高SWH、海表面高度 SSH、海面地形等动力参数的测量，可以应用卫星高度计资料对大洋环流、海洋潮汐、中尺度海洋现象、大地水准面与重力异常、有效波高、海面风速、海冰、水深和ENSO等进行研究。我国神舟飞船携带的是激光高度计，国外卫星通常携带的是雷达高度计。最著名的高度计卫星是 1992 年 8 月，美国宇航局 NASA 与法国国家空间研究中心联合发射的TOPEX/Poseidon。

2007 年 10 月我国发射的首颗绕月探测卫星“嫦娥一号”，通过激光高度计获得了高分辨率的月球表面立体图像。

4、合成孔径雷达资料

合成孔径雷达（SAR）是一种主动式微波遥感成像雷达。迄今为止，已在一些发射的卫星上携有 SAR，如 Seasat SAR, Almaz SAR, JERS-1 SAR和 ERS-1/2 SAR, 与它们搭载在同一遥感平台上还装载着其他传感器。由于海表面粗糙度不同，其通过测量海面后向散射信号，并通过处理能产生标准化后向散射截面图像。标准化后向散射截面图像含带了海面的信息，可以反映海面的粗糙度，这种遥感手段可以达到几米到几十米的分辨率。同时，由于合成孔径雷达工作的频段是微波波段，即使在黑夜，仪器也能正常工作。合成孔径雷达可以测量海表面风、内波、海浪的方向谱，还可以监测海冰的移动和海面的油膜，用途十分广泛。

5、中分辨率成像光谱仪资料

中分辨率成像光谱仪（MODIS）是美国宇航局研制的大型空间遥感仪器，是搭载在Terra和Aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器MODIS 具有从可见光、近红外到远红外的36个波段和250～1000 m 的地表分辨率，每 1～2 d 观测地球表面一次。获取陆地和海洋温度、初级生产率、陆地表面覆盖、云、汽溶胶、水汽和火情等目标的图像。在白天，所有波段均操作运行。在轨道的夜间时段，只有热红外波段收集数据。

MODIS 是一种按照摇扫扫描成像的辐射计系统，其观测地面刈幅 2330 km，穿轨迹视场 ±55°，仪器光谱范围：（0.4～14.4）μm。

三、再分析资料

1、COADS资料

1981 年 1 月 NCDC（the National Climatic Data Center）等多家部门联合经过 4 年的努力推出了海洋大 气 综 合 数 据 集 COADS 资 料（Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set），COADS 资料的最初版本包括了 1854～1979 年之间的海表面资料。其中十年平均和月平均的资料的分辨率是1°×1°或者2° × 2° 。这些数据是以二进制的数据包储存的。COADS 资料自 2.0 版本之后，展开广泛的国际交流 合 作 ， 形 成ICOADS（International Comprehen-sive Ocean-Atmosphere Data Set）。ICOADS 是收集量最大的海洋表面数据集，拥有超过2×108条1784年至今的原始观测记录。

该数据集是有来自许多国家的数据集加工合并而成的，包括来自船只（商业、海军、研究）的测量或观测数据，系泊浮标和漂浮浮标数据，海岸站点数据以及其它海洋台站数据等。每个报告包括气象学和海洋学的单独观测变量：海洋表面温度及气温、气压、湿度、经向和纬向的风速和云量等数据。覆盖全球，取样密度随观测日期及观测点地理位置等不同。ICOADS观测和统计的相关数据集是以月为基础的总结。

2、NCEP资料

美国国家环境预报中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）对自 1948 年至现在来源于地面、船舶、无线电探空、探空气球、飞机、卫星等全球气象观测资料进行同化处理后，研制的全球气象资料数据库。自美国 NCEP/NCAR 公布了NCEP/NCAR 17 层大气再分析资料以后,世界上许多学者利用这份再分析资料来分析各种各样大气环流和气候变化,得出了许多有益的结论。

该数据集涉及“等压面资料”、“地面资料”和“通量资料”，三类共32 种要素场。等 压 面 资 料 包 含 ： 1000、 925、 850、 700、600、 500、 400、 300、 250、 200、 150、100、70、50、30、20、l0 h Pa 等压面资料，共 17 层。地面资料包含：温度、湿度、蒸发-降水、海平面气压、经-纬向风速、水深和海陆分布等。通量资料包含：向下长波辐射通量、向下短波辐射通量、总云量、向上长波辐射通量、向上短波辐射通量等。

NCEP/NCAR 再分析资料采用网上通用数据格式（Network Common Data Format）。它的文件名一般分为 3 部分：变量名、特征名、后缀。例如 air.mon.mean.nc （文件中 air 表示变量是空气温度，mon.mean 表示特征是月平均值，nc 是 Netcdf 的后缀）。Netcdf 是一种自描述文件，文件本身包含了对自身数据的描述，为数据的使用提供了方便。由于NCEP资料时间序列长，涵盖内容广，常被海洋学界用来研究大气对海洋的长期影响；NCEP 资料 （如海面风场、海面温度场、蒸发降水场和辐射通量场等） 常用来作为海洋模式的驱动场资料。

3、ECMWF资料

欧洲中期天气预报中心（The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）是一个包括24 个欧盟成员国的国际性组织，是当今全球独树一帜的国际性天气预报研究和业务机构。其前身为欧洲的一个科学与技术合作项目。1973 年有关国家召开大会宣布 ECMWF 正式成立，总部设在英国Bracknell。

ECMWF 提供天气实测数据和模式预报产品以及用于全球海气模式运算所需的相关数据。其使用的模式充分利用四维同化资料，主要提供 10 天时间的温度、压强、湿度和风场等的中期数值预报产品。ECMWF 再分析月平均资料数据集是按00、06、12、18 四个时次分别统计，该数据集共有变量62个，其中高空11个，地面51个。每一个变量每个时次为一个文件，文件名由文件名前缀（即变量的缩写）、统计方法及时次、存储格式三部分组成，例如：文件名 D.mon00.nc 表示该文件是变量为散度（Divergence），统计方法为月平均的世界时00点资料，存储格式为net CDF。所有的变量场都已格点化为2.5 °×2.5 °的网格资料场。纬向144 个点，第一个点（I=1）位于 0 °E，坐标自西向东，最后一点位于2.5°W（I＝144）。经向73点，坐标由北极（J＝1）自北向南至南极（J=73）。

ECMWF 的 全 球 模 式 分 辨 率 已 经 达 到T799L91，到 2009 年 ECMWF 全球模式的水平分辨率已达到T1279，这样更便于研究局地极端气候和水文气象事件，并且更有效和更准确地做出预测和预警，从而为政策制定者和公众提供更可靠的信息；在目前气候与水文气象预测系统对极端事件预测存在较大的误差时，如何评估风险程度以及制定应对策略，特别是在脆弱和贫困地区。

4、SODA资料

SODA 海洋数据集由全球简单海洋资料同化分析系统（Simple Ocean Data Assimilation）产生，该系统是美国马里兰大学（University of Maryland）于20 世纪 90 年代初开始开发的分析系统，其目的是为气候研究提供一套与大气再分析资料相匹配的海洋再分析资料。SODA海洋数据集包含的变量有温度、盐度、海流速度、海表风应力、两套海洋热含量数据（分别为海洋上层0～500 m热含量和海洋上层 0～125 m热含量）、海平面高度等。

SODA分析系统最初采用的是美国地球物理流体力学实验室（GFDL）的海洋模式MOM2，后来又引入了以POP 数值方法和 SODA 程序为基础的全球海洋环流模式（General Circulation Ocean Mode1）。该系统用于同化分析的温度和盐度廓线数据多达 7×10^6个，其中 2/3 来自世界海洋数据库 （World Ocean Data-base）， 其 他 来 自 美 国 国 家 海 洋 地 理 数 据 中 心（NODC）的实测温度廓线数据、大西洋热带-海洋浮标组群(TAO/Triton)和全球海洋观测网（ARGO）的观测数据、综合海气数据集（COADS）的混合层温度数据、NCEP/NCAR（1948～2004 年）或 EC-MWF（1958～2001 年）的再分析海表风场数据、全球降水气候计划（GPCP）的月平均降水通量数据、卫星海平面测高仪测得的海平面高度和改进的红外甚高分辨率辐射仪（AVHRR）测得的海表温度数据等。

5、OFES资料

坐落于日本横滨市金泽区的地球模拟器中心（The Earth Simulator Center）隶属于海洋科学技术中心。该中心的地球模拟器（Earth Simulator）是由该中心和宇宙开发事业团、日本原子能研究所等机构从 1997 年起开始联合研制的，2002 年 3 月海洋科学技术中心地球模拟器中心正式运营。

以美国海洋与大气局（NOAA）和地球流体动力学实验室（GFDL）开发的世界标准模型 MOM3（模块化海洋模式第三版，Modular Ocean Model version 3）为基础，该中心开发出了能用于地球模拟器的最佳并列化代码OFES（Dataset of Ocean General Circulation Model for the Earth Simulator）。由于地球模拟器的强大运算性能，OFES模型中设定的水平分辨率可为百米至千米量级，垂直分辨率为 100～300 层，其时空尺度包含了从局部现象到全球现象的模拟。模拟结果包括三维流速、温度、盐度以及二维的海表面高度等。

四、海洋调查资料

1、ARGO资料

海上浮标按工作方式分为两类：一类是锚定浮标，一类是随水体运动浮标。前者如“大西洋热

带-海洋浮标组群”，后者如“ARGO浮标资料”。

ARGO(Array for Real-time Geostrophic Ocean-ography)即地转海洋学实时观测阵，是新一代全球海洋观测网计划的简称，也是一种自律式的拉格朗日环流剖面观测浮标的代名词。国际 Argo 计划在全球大洋中每隔 300 km 布放一个卫星跟踪浮标，目前已投放了3000多个Argo浮标，每个浮标每隔10天左右发送一组取自水下2000 m到海面的温度和盐度剖面资料，数据通过卫星快速传送到

气候（或海洋）预报中心，每年可提供多达 10 万个剖面（0～2000 m 水深）资料。图 1 为 2010 年 1 月 4日的 3222 个实际工作浮标的分布状况。这些资料的获取无疑将会大大促进海洋和大气科学的发展，使人们加深对海洋过程的了解。

2、WOCE资料

世界大洋环流实验（The World Ocean Circula-tion Expedition）简称 WOCE，是世界气候研究计划（WCRP）的重要组成部分。旨在全球范围内观测和了解海洋各种时间尺度变化及其对全球气候产生影响，建立气候变化预测模式。一方面为确定全球海洋当前状况和热、水、不溶物质间的交换率，观测整个海区（从海面到海底）的海流、水压、水温、盐度、密度和生物周期内的营养物，以及人类活动引起的如氦-3、碳-14、氟、氯、烷烃等微量气体与化合物等在海洋内部的扩散。

另一方面了解并建立各个时间尺度内的控制海水与大气交换的水气过程模式：（1） 对应于短时间尺度内的有全球能量和水周期试验；（2） 对应于海洋中水平流动时间尺度的中时间尺度内的有热带海洋全球大气试验；（3） 对应于海洋中铅直循环时间尺度的长时间尺度内的有 21 世纪气候的预测等。该计划从 1990 年开始实施，头五年集中观测，全球观测系统包括卫星遥感、现场船只和浮标等，2002年结束。

WOCE 数据包括验证模式所需的资料，测定热量和汽水的大尺度通量及其五年以上期间的辐射、年度和年际变化的表面通量的响应；测定海洋变化分量及其小尺度的统计特征，其时间尺度为几个月到几年，空间尺度为几千公里到全球；测定影响几十年至一百年时间尺度气候系统的气团形成、运动及环流的速率和性质。

3、TOGA和TAOGA-COARE资料

TOGA-COARE（Tropical Ocean Global Atmo-sphere-Coupled Ocean Atmosphere Response Experi-ment）即热带海洋与全球大气-热带西太平洋海气耦合响应试验。TOGA 是 1991 年以前中美合作项目，在此基础上，经过中美双方多次磋商，一致认为，TOGA 的研究应进一步深入下去，因此中、美热带西太平洋海气耦合响应试验（COARE）随之于 1991 年 7 月开始。

该项目旨在了解热带西太平洋“暖池区”（Warm Pool） 通过海气耦合作用对全球气候变化的影响，从而进一步改善和完善海洋和大气系统模式。赤道南北 10°S～10°N，140°～180°E。其强化观测期为 1992 年 11 月 1 日～1993 年2 月 28 日，在热带西太平洋暖池区进行了连续四个月的海上外业调查。此次调查中，由 3 个卫星系统、7架飞机、14条调查船、31个地面探空站、34个锚系浮标和几十个漂流浮标构成一个立体观测网进行观测。TOGA-COARE 数据包括：气象要素的气温、气压、湿度、风速和风向、降水、太阳辐射和海洋要素的海水温度、盐度、分层海流以及热通量和盐通量数据等。

4、温探测温系统资料

CTD 即温盐深自记仪，它由船上操作部分和水下探头两部分构成，两部分之间通过绞车电缆连接。水下探头主要包括压强（D）、温度（T）和电导率（C）传感器等，通过感应需测量的物理量并将它们转换成移频信号，通过铠装电缆传送到船上操作部分。

CTD 可以测量从海面到测量深度间的连续温度、盐度和深度数据。XBT 即投弃式温深计，是一种常用的测量温深的系统，它由探头、信号传输线和接收系统组成。探头通过发射架投放，探头感应的温度通过导线输入接收系统并根据仪器的下沉时间得到深度值。XBT 易投放，并能快速的获得温深资料，因而有广泛的应用。温探测温系统资料可从国家海洋局相关部门协调获得。

五、其他

1、全球海面高度数据

夏威夷大学海平面数据中心（UHSLC）接收并提供全球准实时的全球海平面变化数据。图2为遍布全球的验潮站。

2、其它数据

韩国气象局（Korean Meteorological Administra-tion）提供朝鲜半岛及其周边区域的海、气以及地震等地球物理学数据资料。日本气象厅（Japan Me-teorological Agency）提供日本岛及其周边区域的海、气以及地震等地球物理学数据资料。

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感谢海洋知圈提供文章线索；本文内容来源《海洋预报》2010年第27卷第5期，部分删减，仅供学习与交流使用，不带有任何商业目的，版权归原作者及刊载媒体所有。

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