南极海冰是气候系统的重要组成部分，了解南极海冰变化具有重大的科学和社会经济意义。然而，当前稀少的南极海冰观测资料限制了我们对南极海冰变化的认识，同时数值模式也难以准确刻画南极海冰变化。而资料同化可以将观测和模拟有机地结合起来，给出更准确的状态估计，使得深入研究南极海冰的变化和提高南极海冰预测水平成为可能。最近的研究指出通过同化海冰密集度（SIC）得到南极海冰再分析资料仍存在较大的不确定性。但鉴于SIC历史观测资料的丰富性以及广泛的空间覆盖范围，其对于重建长时间的南极海冰变化有不可或缺的作用。同时已有研究表明，优化具有模式依赖性的同化参数能提高海洋资料同化效果，但现有的海冰资料同化研究对这方面的关注仍十分有限。

为此，我实验室科研人员根据南大洋资料同化系统（DASSO）的特性，发展了随纬度变化的海冰同化局地化半径方案以及同时考虑仪器误差和代表性误差的海冰密集度观测误差估计方案。为了评估上述优化对南极SIC同化的影响，该研究针对1979年至2018年开展了同化试验。与卫星观测的南大洋海冰范围和威德尔海仰视声纳观测的海冰厚度相比，优化试验由于实现了更加合理的误差估计，相比于未优化结果表现更佳（图1）。其中，优化试验的南大洋海冰范围的概率性评估以及威德尔海海冰厚度的确定性和概率性评估均优于未优化试验。此外，对海冰体积异常模拟的不确定性分析表明，海冰-海洋相互作用对海冰体积模拟具有重要作用，通过同化更多的海冰和海洋观测有望进一步提高南极海冰模拟能力。本研究成果有助于更合理地重构南极海冰的长期变化，并加深我们对南极海冰变化的认识。

图1 南大洋海冰范围（SIE）距平和威德尔海海冰厚度（SIT）距平的模拟。（a）卫星观测和模拟结果中SIE距平的时间序列。蓝色、红色和黄色曲线分别对应于观测值、未优化试验（Assim）的集合平均值和优化试验（Assim_opt）的集合平均值。阴影表示相应模拟的不确定性。(b) 威德尔海向上仰视声纳（ULS）观测和试验结果中SIT的统计分析。圆形和菱形符号分别代表 Assim 和 Assim_opt，较大（较小）的符号表示 SIT 大于（小于）1 m，符号的颜色表示模拟和观测之间的相关性。

研究成果于2023年11月1日在国际著名期刊Geophysical Research Letters上发表，题目为“The Impacts of Optimizing Model-Dependent Parameters on the Antarctic Sea Ice Data Assimilation”。我实验室极地海洋与气候变化创新团队骨干成员、中山大学大气科学学院罗昊副教授为第一作者，创新团队核心成员、中山大学大气科学学院杨清华教授为通讯作者，合作者包括我实验室主任陈大可院士、美国加州大学斯克里普斯海洋学研究所的Matthew Mazloff博士，以及德国阿尔弗雷德魏格纳极地与海洋研究所的Lars Nerger博士。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、南方海洋实验室创新团队建设科研经费及国家超级计算广州中心（“天河2号”）等的支持。

原文连接：https://doi.org/10.1029/2023GL105690