研究进展：模拟-海洋生物地球化学 | Nature Reviews Methods Primers - 海洋地球化学

海洋生物地球化学模型Ocean biogeochemical models，是基于耦合微分方程，描述海洋环流、物理性质、生物地球化学性质及其变化。通过对这些方程进行数值近似，可以在现实的全球或区域空间域中，模拟海洋状态的动态演变，时间跨度从几年到几个世纪。

近日，加拿大 达尔豪斯大学（Dalhousie University）Katja Fennel，Bin Wang等，香港科技大学（广州）Liuqian Yu等，在Nature Reviews Methods Primers上发文，从最简单的营养物-浮游植物-浮游动物-有机碎屑模型，到用于地球系统建模和气候预测的复杂生物地球化学模型，解释了模型构建过程，以及不同模型类型的主要特征、优点和缺点。描述了用于模型-数据比较的常用度量，同时，还讨论了如何通过参数优化或状态估计（数据同化的两种主要方法）从观测中，为模型提供信息。举例说明了，这些模型如何用于各种实际应用，从碳核算、海洋酸化、海洋脱氧和渔业到观测系统设计。同时，通过实际代码示例和公开可用的模型和观测数据集的综合列表，参与生物地球化学建模。还给出了模型归档最佳实践的建议。最后，讨论了模型目前的局限性和预期的未来发展和挑战。

Ocean biogeochemical modelling.海洋生物地球化学模拟。 + t. x- B/ C- g' J" I& c

图1：一系列:海洋生物地球化学模型Ocean biogeochemical models，OBMs状态变量和生物地球化学转化。

图2：在全球和区域模式中，典型水平分辨率和水深测量。

0 N$ D) h3 r! N+ Q% D; L8 ~7 L

图3：二维成本函数的表示。

- d. t! c6 X& D+ @" j% r+ [2 f% C

图4：使用示例代码，在孪生实验中，应用随机集合卡尔曼 Kalman 滤波器，估计零维（单箱）营养盐-浮游植物-浮游动物-有机碎屑nutrient–phytoplankton–zooplankton–detritus，NPZD模型的三个参数。

6 ~' i& s8 x9 A+ a- O# L

! ?+ S m5 N! T

图5：状态估计与参数优化图解。

# p! {( u# Q9 e( T

图6：利用示例代码，集合基状态估计应用于三维模型中。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s43586-022-00154-2DOI: https://doi.org/10.1038/s43586-022-00154-2本文译自Nature。推荐阅读研究前沿：海洋大气环境中的微纳塑料 | Nature Reviews Earth & Environment研究进展：海洋生物的气候风险指数 | Nature Climate ChangeProg. Mater. Sci.综述：仿生海洋防污涂层现状和未来 5 G- O$ |5 B6 I5 p9 f7 v9 a9 V