基于GLORYS12V1再分析数据的楚科奇陆架区流场季节变化特征分析

楚科奇海是北太平洋海水进入北冰洋的唯一通道,为更好地了解北太平洋入流水在陆架区流场的季节变化特征,本文基于1993~2020年的GLORYS12V1再分析数据,对楚科奇陆架区流场的空间分布和关键通道断面流场季节变化特征进行了分析。气候态平均结果显示,太平洋入流水通过白令海峡进入楚科奇海后主要由汉娜德海谷、中央水道、巴罗峡谷和德朗海峡断面流出陆架,四支路径的流量占白令海峡入流的比例分别为50.3%、25%、16%和6.9%。季节变化结果显示,白令海峡和德朗海峡断面流量的月变化在5月达最大,其余断面则在7月达峰值。德朗海峡断面西侧东南向沿岸流在秋季最强。5 m和30 m流速的联合经验正交函数分解的模态较为类似,体现了垂向结构的一致性。第一模态的空间分布显示整个研究区域均为同位相分布,且四支主要路径上呈现高值,其时间序列在冬夏半年呈反位相变化。第二模态主要体现陆架区西侧西伯利亚沿岸流场的上下半年呈反位相变化。将各断面的流量序列分解为与风相关的部分和非风因素相关的部分进行分析发现,气候态平均流量除德朗海峡处风起主要贡献外,其余断面均为非风因素对流量起正贡献而风起负贡献,非风因素引起的流量达0.23×10^(6)~1.33×10^(6) m^(3)/s,不过风和非风因素对各断面季节变化特征的影响并不一致。气压场和风场季节变化的分析结果显示,夏冬季波弗特高压和阿留申低压之间气压差的变化导致了东北风强度变化,进而影响了楚科奇陆架中心区冬/夏半年北向流的弱/强。而春秋季主要分别是波弗特高压和阿留申低压的东西位置变化对西伯利亚沿岸的流场产生影响。

面向极地通信技术的发展应用研究

极地通信技术是保障极地科学研究效率和人员安全的基础。本文结合极区的特殊通信环境,对极区通信技术的历史与现状进行了全面梳理。极地与人类生活区域之间的距离较远,目前的大部分通信手段都难以覆盖。此外,极地恶劣的气候条件、海水的侵蚀与极寒低温也给通信设备的稳定性带来巨大的挑战。与此同时,极区的高强度磁场与太阳辐射也使得传统的通信手段失效。又由于积雪海冰以及复杂的地形条件,通信基站的建立也十分困难。

楚科奇陆架海域夏季温度年际变化特征

【目的】研究楚科奇海陆架区夏季(8—10月)温度年际变化。【方法】利用GLORYS12V1再分析数据,并结合海表热通量及断面侧向热通量数据,分析楚科奇海温度年际变化及其与海表热通量和侧向热通量的关系。【结果与结论】楚科奇海东南海域温度最高,约8℃;北部和西部海域多低于3℃;1993—2020年5、29、47 m以及50 m以浅温度的线性增加趋势为0.03~0.07℃/a,且表现出年际变化特征;经验正交函数分解结果显示,各层第一模态均表现出整个研究区域为同位相变化,且各层温度变化具有较大的区域不同;热收支分析结果显示,该时期短波辐射和白令海峡热输送是两个主要热量输入量,影响温度年际变化,而长波辐射、潜热通量以及通过东侧和北侧断面的热量为主要的热量输出量。线性回归分析得出楚科奇海热通量的变化与8—10月平均温度之间的定量关系,可为更好地表征和预测楚科奇海温度变化特征提供参考。

南极宇航员海夏季水文结构变化特征研究

本文基于中国南极考察(CHINARE37-38)在宇航员海获取的海洋综合站位观测数据,结合海冰密集度、WOA23和ERA5再分析资料等,分析了该海域主要水文结构及其变化特征。结果表明:宇航员海夏季水团包括南极表层水(分为夏季表层水与冬季残留水)、绕极深层水、变性绕极深层水和南极底层水。夏季表层水均分布在表层50 m深度以浅,呈现出南冷北暖的趋势。66°S以南的冬季残留水最厚,最深可达200 m左右。绕极深层水向南侵入的趋势明显,CHINARE-38绕极深层水向上涌升的高度较CHINARE-37高出10~20 m。夏季表层水的高温高盐核心位于中心海域无冰区,因为无冰海域的表层海水长时间接收太阳短波辐射而温度较高。近岸海域因冰融水导致局部夏季表层水降温淡化。宇航员海中心海域海面风场维持低气压气旋式环流,次表层水体通过Ekman抽吸上升冷却表层暖水,导致表层与次表层水体混合加强,绕极深层水向南侵入并向上涌升。

我国极地科学考察标准化建设现状与展望

极地科学考察标准对规范极地调查、观测、监测等实施过程具有重要意义。本文在全面梳理现行的与极地相关的国家和行业标准基础上,根据极地科学考察工作的迫切需求,指出了我国极地科学考察标准化工作中的薄弱环节和急需解决的问题。对我国极地科学考察标准的统计和分析表明,现行的国家标准有6项,行业标准有10项,仅为海洋标准总数的3.4%,是自然资源标准总数的1.1%,且大多数为基础通用类标准,缺乏极地调查、观测、监测等技术类标准。根据自然资源领域标准体系的构建思路,提出了极地科学考察标准的分类方法,初步构建了极地科学考察标准体系框架,提出了应尽快开展极地科学考察技术标准化建设、优先开展极地考察安全标准制定、探索极地科学考察国际标准研制的建议。

极区冰下浅表层声学监测浮标系统研发与应用

北冰洋海域的水声学研究在冰下通讯、导航定位、目标探测以及海洋环境参数反演等方面起着重要作用。而研发集成极区冰下浅表层声学监测浮标系统,获取长期连续气-冰-海界面的主要环境参数数据及冰下声学特性信息,是开展冰下水文和声学环境特性研究的重要手段。本文研究了一种极区冰下浅表层声学监测浮标系统的设计,该系统主要由主控制模块、供电模块、数据采集模块、数据远程传输模块、远程监控中心五部分组成,通过各个模块的开发与集成测试、数据的采集与传输测试、野外试验等,实现了对极区气-冰-海界面主要环境参数以及冰下浅表层声学特性参数数据的持续观测。本系统于2021年8月在中国第12次北极科学考察任务中完成现场应用,在极地低温恶劣环境下运行可靠稳定,实现了包括水声数据在内的极区各项环境观测参数的远程传输。

南极普里兹湾达恩利角固定冰附近局地高密陆架水的来源

本文采用固定冰数据集和南极象海豹获取的现场观测数据集,分析了南极达恩利角固定冰附近局地高密陆架水的变化。结果表明:首先,达恩利角固定冰存在显著季节变化,对于达恩利角冰间湖及局地高密陆架水的生成都具有重要影响。其次,达恩利角固定冰在2000-2014年期间年际变化很小,无显著增减趋势。第三,达恩利角固定冰附近局地高密陆架水有两个显著来源:(1)3-4月,达恩利角固定冰快速生成时伴随着强烈的盐析作用,进而局地生成高密陆架水;(2)5月,达恩利角固定冰达到最大范围,局地盐析作用减弱至很小,而上游在冰架水抑制作用减弱后,麦肯基湾冰间湖海域的高密陆架水生成增强,能够向西北输运至达恩利角固定冰附近。本研究初步证明达恩利角固定冰除了维持达恩利角冰间湖存在的作用外,对局地高密陆架水生成也可能有重要影响,同时指出一条重要的水团输运路径,这有助于提高对达恩利角附近冰-海相互作用的理解,对该地区开展更多观测或模拟研究是必要的。

智能机器人技术在南极科学考察事业中的试验应用

智能机器人技术在极地科学考察事业中有着广阔的应用前景。2007/2008年度第24次南极科学考察中,我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人在南极成功实现了首次应用。扼要介绍国外开发的应用于南极的智能机器人技术,重点介绍我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人及其在南极现场的试验应用情况。此外,作者思考了我国南极考察事业对智能机器人技术的一些潜在需求,以期能对未来的机器人技术开发提供参考。

层结海洋中小振幅内行进波的演变和破碎

采用高精度的拟谱方法,数值模拟了层结海洋中小振幅内行进波的演变和破碎过程.在演变过程中,导致内波破碎的PSI不稳定机制在共振相互作用中逐渐占据主导地位,能量从初级波向低频、高波数运动缓慢传递并形成一次级波包,随即破碎发生.破碎后产生的层化湍流引起的强烈混合以及湍流间歇性可从总能量和涡度峰度随时间的变化趋势看出.我们分析了层化湍流的一些统计特性,包括动能和有效位能沿垂向波数ky的功率谱.结果表明,动能和有效位能谱都存在一个谱段满足k-3y律,且分别可表示为0.1N4k-3y和0.2N4k-3y(N为Brunt V is l频率),通常称其为浮力子区.另外,我们分析了Cox数(湍流扩散系数与分子扩散系数之比),在层化湍流维持在一定强度时,计算结果和由海洋内区观测(远离内波强生成源和复杂地形)所推测的结论较为吻合.

小振幅海洋内波的演变、破碎和所致混合

利用基于谱方法和MPI并行运算的数值模式SpectralModel,直接数值模拟了三维小振幅海洋内波的演变、破碎和所致湍流混合,指出导致其不稳定而破碎的为PSI(parametric subharmonic instability)机制;对于内波破碎所致的湍流混合过程,分析了跨等密度面扩散系数kρ、混合效率γ、浮力通量谱、动能谱以及势能谱等统计性质:内波破碎前,kρ和γ保持低值水平,浮力通量谱值为负,且集中在低波数段;内波破碎后,kρ和γ迅速增大,最大值分别约为0.9×103m2/s和0.18,浮力通量谱值在低波数段为负值,在高波数段为正值,这是因为层化湍流中势能向小尺度运动传递和动能向小尺度运动传递相比更为有效。在内波破碎、强湍流混合阶段,势能谱存在一谱段满足kz3律,P(kz)=0.2N2kz3。此外,与二维模拟结果相比较,导致内波不稳定而破碎的均为PSI机制,kρ、浮力通量谱、势能谱变化趋势大体一致;但三维数值实验中,内波破碎时间提前,湍流衰减加快;KE谱在高波数部分下降速度相对减小,更接近于kz3。

热带海洋次表层温度反升现象的初步探讨

参照一维Kraus-Turner混合层模式,考虑了穿透性太阳短波辐射、盐度效应和次表层温度盐度方程,在障碍层现象的基础上数值模拟了次表层温度反升现象的产生、发展和消亡过程,并结合TOGA-COARE 0°N,156°E站点的观测资料,对其物理机制作了初步探讨.结果表明,次表层温度反升现象敏感地依赖于混合层深度、海面风速和太阳短波辐射等环境参量,在适当的气象、水文条件影响下,次表层温度反升现象往往会类周期性地重复出现.

荧光素衍生物抗癌活性的模式识别

近年来,我们以荧光素为母体合成了一系列的衍生物,药理试验证实其中许多种对肿瘤细胞有明显的杀伤和抑制增殖作用。本文用非线性映照(NLM)模式识别技术研究其活性分类,得到分类清晰的映照图,确定了该类衍生物抗ECa 109细胞的主要结构因素,为指导合成新化合物建立了预报模型。 1

南极科考中的智能机器人技术

智能机器人技术在极地科学考察事业中有着广阔的应用前景。目前，世界各技术强国均争相将智能机器人作为高技术装备应用于极地，一方面，展示其高技术水平，提高国家在极地事务处理中的地位和影响力，增强国家在极区的实际存在和显示度，另一方面，拓展极地科学考察的观测手段，获取更宽时空范围的高质量数据，推动相关的科学研究。在863国家高技术研究发展计划的资助下，我国开发了适于极地环境的冰雪面移动和低空飞行机器人。并于2007-2008年度第24次南极科学考察中，在极地现场成功实现了首次应用，引起了国内外的广泛关注。

非线性映射在矽肺病研究中的应用

目的 将微量元素谱的非线性映射用于矽肺病研究。方法 以白银公司职工为研究对象。分析４２ 份Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期矽肺患者和４１ 份健康人发样中Ｃｒ 、Ｚｎ 、Ｍｇ 、Ａｌ、Ｃｄ 、Ｃｕ 、Ｓｅ 、Ｐｂ 、Ａｓ 、Ｍｎ １０ 种元素。取５０ 份为训练集、３３份为预测集。通过权重与相关分析缩减为６ 参数和５ 参数组， 用非线性映射作模式识别。结果 分类清晰的映射图。结论 微量元素谱的非线性映射技术在矽肺病研究中具有应用前景， 但微量元素的选择应考虑具体环境。

分子构型和构象研究中的坐标逆变换技术

本文提出了将分子中原子的直角坐标逆变为分子内坐标的方法,据编制了计算机程序.可计算分子中任何键连或非键连原子间的內坐标,包括二面角的符号.适用于分子,尤其是生物大分子和药物分子的构型和构象的研究.并以荧光素衍生物为例,经逆变换与变换双重计算,验证了该程序的可靠性.

极地海冰浮标的现状与应用综述

海冰是气候系统的一个重要组成要素,原位观测是获取海冰特征参数以及开展海冰变化研究的重要手段。本文主要对以海冰为目标和平台的极地浮标的发展与应用进行综合阐述,简述了国际北极浮标计划和国际南极浮标计划的发展情况,以七种常用的浮标对极区海冰、大气和上层海洋等物理参数的监测为例归纳总结了海冰浮标的系统特性和技术特点,最后结合近年海冰浮标的应用情况,从技术发展和研究目标等方面讨论了极地海冰浮标未来发展的方向与趋势。

基于综合指数法的长江口及其邻近海域水质环境综合评价

根据1998—2006年在长江口及邻近海域监测得到的水质要素数据,利用层次分析法(AHPM)和主成分分析法(PCAM),建立了该海域水质环境综合评价指标体系,并计算得到2006年长江口及邻近海域水质环境综合指数及其分布状况,分析了不同分区水质环境综合指数的变化趋势。结果表明:(1)与等指标权重相比,通过监测数据赋予各个水质要素不同的指标权重,更能客观评价调查海域水质环境综合状况。(2)2006年调查海域大部分区域水质环境综合状况为三等和四等,其中杭州湾内和口门附近的横沙浅滩及九段沙区域为四等水质环境区域,口门内、口门部分区域及口门外(近岸)区域为二等和三等水质环境区域,口门外(外海)区域为一等水质环境区域。(3)根据不同指标权重得到的1998—2006年调查海域各分区的水质环境综合指数变化趋势发现,1998—2000年综合指数明显下降,2000—2006年变化趋势不明显。由相同指标权重得到的2000—2006年的综合指数变化趋势也不明显。

渤海、黄海、东海海流场和温度场的数值同化研究

基于princeton ocean m ode l(POM),建立了一个三维斜压同化模式并引入网格嵌套技术来模拟渤海、黄海、东海的海流场和温度场.为了提高温度模拟的精度,利用美国宇航局的高分辨率卫星遥感海面温度资料,同时引入改进的N udg ing同化技术来模拟渤海、黄海、东海的温度场.模拟结果能较好地反映渤海、黄海、东海海流场和温度场的基本特征.松弛因子中的待定参数对计算稳定性和模拟精度有很大影响,当待定参数等于0.5时,同化模式的计算结果最优.夏季,秋季同化模式的计算精度较高,春季模式的计算精度较低.

第一斜压Rossby波在大洋传播中的调整

利用全球气候平均态的1°×1°的温度、盐度资料,根据Sturm-Liouville本征值理论,得到全球1°×1°的第一斜压Rossby变形半径λ1。根据层结流体中线性自由Rossby波理论,可知第一斜压Rossby波位相速度为βλ21,故由全球各个大洋海盆的宽度可得到第一斜压Rossby波在各大洋海盆中从东边界传到西边界的时间。由于第一斜压Rossby波在高纬海区传播非常慢,而南极绕极海区又是最宽的海盆,所以第一斜压Rossby波在此海区的调整时间最长。在简单的线性自由Rossby波理论下,南极绕极通道是全球Rossby波调整的控制海区。

极区通量观测系统及其在国际极地年(IPY)全球协同观测中的应用

本文对极区通量观测系统作了介绍,在国际极地年(IPY)全球协同观测中,极区通量观测系统在南极中山站进行了连续14个月的观测。结果表明,中山站年净辐射通量为12.9 W/m2。感热通量夏半年(10～2月)为正值,冬半年(3～9月)为负值,年平均1.9 W/m2。潜热通量全年都为正值,年平均11.2 W/m2。总体而言,地表通过净辐射获得热能,又通过感热和潜热方式向大气输送。观测得到的CO2通量全为负值,年平均为-0.031 mg/m2,表明南极中山站是CO2汇。