热带太平洋海洋叶绿素对SST的影响及其机理分析——基于ROMS的海洋物理-生态模式模拟

关于热带太平洋海洋叶绿素对海表面温度(sea surface temperature, SST)年平均场和年际变率的影响,学术界存在着广泛的争议,模拟结果表现出明显的模式依赖性;且对于季节变化上叶绿素如何影响SST的关注较少。为深入研究热带太平洋叶绿素的气候效应,本文基于区域海洋模式系统(Regional Ocean Modeling System, ROMS)构建了海洋物理-生态耦合模式;通过在敏感性试验中设置不同的叶绿素浓度分布,分析了叶绿素对热带太平洋SST的年平均和季节变化的影响。结果表明,叶绿素会导致热带太平洋大部分区域SST升高,但赤道东太平洋区域SST降低。其中,前者由叶绿素的直接加热效应所引起:叶绿素的存在使得海洋表层吸收的短波辐射明显增多,更多的热量被保留在了混合层中,引起SST的升高;后者由动力冷却效应占主导:叶绿素使得混合层中吸收更多的短波辐射,导致穿透到混合层以下的短波辐射明显减少,所引起的热量垂向重新分配使得海水的层结增强、混合层变浅、上层海流辐散增强,进一步在赤道南北两侧产生异常向西的纬向流、赤道东太平洋的上升流增强,使得SST下降。但是这种冷却效应并未贯穿于全年,叶绿素对赤道东太平洋SST变化的影响呈现出明显的季节依赖性:在1~4月期间表现为SST增暖(即直接加热效应占主导作用);此后加热效应减弱,垂向冷平流的作用愈发强劲,间接动力冷却效应占主导。综合来看,叶绿素会使赤道东太平洋SST降低约0.5℃,并加强其季节变率。本文得到了叶绿素影响赤道东太平洋SST的两种不同的结果(变冷和变暖),这一发现为理解不同模式中叶绿素冷却或加热效应主导作用的差异提供了新的视角,为改进模式、合理表征叶绿素的影响提供了重要的科学依据。

海洋工程导管架的EPCI总承包模式项目质量管理

导管架是用于支撑和固定上部组块和海管立管的大型钢结构结构框架,通常用于海底油气生产以及其他海洋工程中。它们承载组块的重量,保持组块的稳定性和安全性,同时能够适应海洋环境中的复杂条件,如海底地形、海洋流动和腐蚀环境,保证导管架的质量意义非凡。海洋工程导管架的EPCI总承包模式质量管理是一个复杂而系统的过程,涵盖从设计、采办、陆地建造和海上安装以及维保阶段各个阶段。以下是各个阶段关键的质量管理要点。

气象强迫场时间频率对ROMS模式高分辨率数值模拟的影响分析

利用海洋数值模式对海洋环流、潮汐、温盐场等进行模拟,是目前海洋科学研究中的重点方向。覆盖渤海、黄海、东海的中国近海广阔海域是海-气相互作用的显著作用区,气象场对数值模式的驱动对该海域模拟的效果具有显著的影响。通过设计对比实验,在不同时间频率气象强迫场条件下,利用ROMS模式对中国近海海域的数值模拟研究进行对比分析,为中国近海海域高分辨率海洋再分析和数值预报提供理论支持。

台风模式下海洋石油平台中控系统设计的研究

海洋石油平台是一个复杂的生产系统,涉及到多个设备和流程的协同工作。中控系统在海洋石油平台中扮演着至关重要的角色,负责调节和监测各种工艺参数,保证工艺流程正常运行,协调和控制各个系统间的关系。本文以南海某项目为例,从提高平台之间、平台与陆地之间通讯链路的可靠性和安全性,实现海上无人值守平台的安全生产角度出发,创新采用多方式、多链路、多通道的通讯方式,建立了集光纤、微波、卫星于一体的可靠通信链路,以及基于全过程、多工况分析方法,优化筛选关键信号,关闭非必要信号传输,防止链路堵塞。同时,为了实现在台风模式无应急电工况下的海管置换需求,创新设计了中控专用置换系统及一键置换逻辑,降低了平台紧急关停后海底管道凝堵的风险。

海洋空间资源开发工程BIM技术的递进式教学模式探索

为适应信息化时代的快速发展,河海大学针对海洋空间资源开发工程BIM技术进行了“课程教学—课程设计—毕业设计”递进式教学模式的实践。通过与海洋资源开发和防护工程相结合,提高了学生触类旁通、解决实际工程问题的能力;灵活的课题布置方式培养了学生的发散思维方式和自由探索能力。思政元素的融入将可持续发展的生态理念有效植入,并提升了学生的行业认同感和民族自豪感。递进式教学模式既提升了传统工程技术类课程的维度,也为BIM技术贯穿专业全过程培养的可行性探索提供了借鉴。

海洋油气工程信息化实验实践教学研究——以西南石油大学海洋油气工程专业为例

文章从对内地高校如何办好海洋油气工程专业的思考出发,针对实验实践教学过程中存在的问题,结合信息技术,开展了实验实践虚拟仿真教学资源的建设和教学模式的改革,构建了能满足学生感性知识获取、基本技能训练、工程实践能力和科技创新能力培养的综合实验实践平台,建立了线上线下相结合、虚拟现实相结合的实验实践教学模式,为内地高校海洋油气工程专业人才培养及发展信息化智能教育提供了借鉴路径。

基于ROMS模式的南海SST与SSH四维变分同化研究

卫星遥感观测获得了大量高分辨率的海面实时信息,包括海面温度(SST)和海面高度(SSH)等,同化进入数值模式可有效提升模拟精度。本文基于ROMS模式与四维变分同化方法(4DVAR),使用AVHRR SST和AVISO SSH数据,开展了南海区域同化实验。为检验同化的效果,分别利用HYCOM再分析资料和Argo温盐实测数据分析了同化结果的海面高度、流场及温盐剖面的精度。对比结果表明,SST和SSH的同化能够改善ROMS的模拟结果:同化后海面高度场能够更为准确地捕捉海洋的中尺度特征,与HYCOM海面高度再分析资料相比,平均绝对偏差和均方根误差分别为0.054 m和0.066 m;与HYCOM 10 m层流场相比,东向与北向流速平均绝对偏差分别为0.12 m/s和0.11 m/s,相比未同化均提升约0.01 m/s;温盐同化结果与Argo温盐实测具有较高的一致性,温度和盐度平均绝对偏差为0.45℃、0.077,均方根误差为0.91℃、0.11,单个的温盐廓线对比说明,同化结果与HYCOM再分析资料精度相当。

基于AI技术的船舶与海洋工程专业教学改革与探索

当前,我国正处于百年未有之大变局中,为应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战,加快培养勇闯“无人区”的高层次人才刻不容缓。工业革命加速经济、技术全球化,AI技术逐步渗透到各个领域,对船舶与海洋工程专业的人才培养提出更高的要求。目前,传统船舶与海洋工程专业教学存在诸多问题,AI技术与专业教学的有机融合刻不容缓,该文从课程的AI智能设置、教学模式的AI智能尝试、教学效果的AI智能评估三个方面对AI技术在船舶与海洋工程专业的教学改革探索提出系列建议,为高等院校培养未来需要的复合型创新人才提供参考借鉴。

1960-2020年东北黑土区水蚀动力因子时空格局及其对主要大气海洋环流模式的响应

[目的]研究东北黑土区水蚀动力因子的时空格局及其对大气海洋环流模式的响应,对区域极端降水事件诱发的土壤侵蚀防治有重要意义。[方法]选用降雨侵蚀力(R)、暴雨雨量(R 50p)、极端强降水量(R 95p)、连续5日最大降水量(R 5d)表征水蚀动力因子,基于1960-2020年逐日降雨数据,采用滑动平均、小波分析、Sen斜率估计法、Mann-Kendall检验方法,分析1960-2020年东北黑土区水蚀动力因子的时空格局,解析水蚀动力因子对大气海洋环流模式的响应。[结果](1)东北黑土区的年降雨侵蚀力(R)为1145.36~3575.94(MJ·mm)/(hm^(2)·h·a),暴雨雨量(R 50p)为73.17~197.86 mm,极端强降水量(R 95p)为265.81~566.35 mm;连续5日最大降水量(R 5d)为69.67~124.95 mm。(2)东北黑土区4个水蚀动力因子在1960-2000年均呈不显著上升趋势,且均未发生整体突变,但2015年后上升趋势明显,表明研究区发生降雨侵蚀的潜在可能性增加。4个水蚀动力因子均存在以约44年为主周期,29年为小周期的周期性变化特征,并经历高低交替2次振荡过程。(3)各水蚀动力因子的空间分布均呈现南高北低,东西两侧低中部高的特征,各指标的最大值出现在长白山-完达山山地丘陵区,最小值出现在呼伦贝尔丘陵平原区。(4)东亚夏季风指数(EASMI)是对东北黑土区水蚀动力因子影响最显著的单一环流模式,北极涛动(AO)和多元ENSO-南方涛动指数(MEI)可以通过影响东亚夏季风间接影响水蚀动力因子。东亚夏季风指数-南海夏季风指数叠加(EASMI-SCSSMI)对各水蚀动力因子的影响均为最显著(ΔPSAC>5%);而东亚夏季风指数、南海夏季风指数和多元ENSO-南方涛动的大气海洋环流模式仅对降雨侵蚀力(R)影响显著(ΔPSAC>5%)。[结论]东北黑土区水蚀动力时空格局的影响因素主要包括地形、东亚夏季风和南亚夏季风等,需关注2014年后水蚀动力增强带来的潜在水蚀危害。

海洋环流模式的并行I/O优化研究

极端气象日益加剧,严重影响人类的生产生活。如何有效应对未来极端环境变化,更关乎国际竞争。因此,发展高精度高分辨率的地球系统模式推动气候变化研究至关重要。随着模式精度和分辨率的不断提高,I/O性能已成为制约模式计算效率和可扩展性的瓶颈。选取典型的海洋环流模式LICOM3作为研究对象,基于天河HPC系统,详细测试和分析了模式的I/O逻辑过程,发现在3K进程规模下I/O可占整体运行时间一半以上,是限制模式计算性能的关键因素。为此,设计并实现了主要输出过程的MPI-IO并行优化方案,显著提升了模式运行效率,基本解决了模式I/O瓶颈。测试结果表明,MPI-IO并行优化方案将输出时间占比从48.58%降到2.44%,将输出带宽提升到6.21 GB/s,约是原程序的14倍。此外,进一步分析了影响并行I/O性能的因素,以期为相关工作提供参考和指导。

近61年东北黑土区风蚀气候指标时空格局及其对大气海洋环流模式的响应

[目的]研究东北黑土区风蚀气候指标的时空格局及其对大气海洋环流模式的响应,对区域土壤风蚀预警和防治有重要意义。[方法]选取≥5 m/s的起沙风速发生频次、逐日最大风速、逐日极大风速、风蚀气候因子4个指标,基于1960—2020年逐日风速数据和气象数据,采用滑动平均、Mann-Kendall检验和相干分析等方法,分析1960—2020年东北黑土区春季(3—5月)风蚀气候指标的时空格局,解析风蚀气候指标对大气海洋环流模式的响应。[结果]东北黑土区1960—2020年春季起沙风速发生频次为5~30次/季,逐日最大风速为6.1~8.7 m/s,逐日极大风速为9.8~12.2 m/s,风蚀气候因子为19.5~101.1。东北黑土区4个风蚀气候指标的月际变化趋势为4月>5月>3月;除逐日极大风速外,起沙风速发生频次、逐日最大风速和风蚀气候因子年际变化均呈显著下降趋势,且在1990年左右发生显著突变,但2014年以后风蚀气候指标上升趋势明显。东北黑土区各风蚀气候指标呈现自西北向东南递增后递减的空间分布,地形是影响风蚀气候指标空间分布的主要因素。亚洲极涡强度(AVPII)是对东北黑土区春季风蚀气候指标影响的最显著的单一环流模式,太平洋-北美遥相关指数(PNA)也对风蚀气候指标产生显著影响,但风蚀气候指标与2个环流模式叠加(AVPII-PNA)呈现不显著的相关关系,而APVII-PNA-AO大气海洋3环流模式叠加对起沙风速发生频次的影响显著。2014年以后东北黑土区各风蚀气候指标快速上升趋势明显,亚洲极涡强度、太平洋-北美遥相关指数对风蚀气候指标影响显著。[结论]东北黑土区风蚀气候指标时空格局的影响因素主要包括风速、地形和大气海洋环流模式,需关注2014年后风蚀动力增强带来的潜在风蚀危害。

“双一流”背景下海洋调查实习教学模式探索

海洋调查实习是海洋科学人才培养的重要环节,其实验教学质量直接影响学生实验实践与科研创新能力培养。在“双一流”建设推动下,中国海洋大学致力于培养具有优良实践技能和卓越创新能力的海洋科学一流人才,开展“学生为主导”的海洋调查实习教学改革,令教学模式由学生被动参与、机械学习,转变为主动参与、自主学习。改革内容包括实施“学生首席负责制”等新实验教学方法,完善实习考核机制等。结果表明,教学模式改革有效提高了学生的学习积极性,提升了实践教学水平,达到了培养高素质海洋人才的教学目的。

EOD模式在海洋环境综合治理与开发中的应用研究

海洋环境治理与开发是推动海洋生态文明建设,加快绿色低碳转型升级的重要支撑。针对我国海洋生态环境综合治理中的资金来源渠道单一、商业模式创新不足、陆海统筹缺乏系统性等核心问题,提出导入EOD开发模式开展规划策划、生态本底修复,导入绿色低碳产业等实现政企各方合作共赢的实施路径,并总结了典型项目的成功经验,希望为EOD模式在海洋环境综合治理与开发中的应用提供参考。

CMIP6模式对北太平洋中纬度海洋锋强度与冬季风暴轴关系的模拟及预估

本文利用参与第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的高分辨率气候模式CNRM-CM6-1-HR资料,对北太平洋中纬度海洋锋强度与冬季风暴轴的关系开展模拟和预估。研究发现,该模式能够较好地再现海洋锋强度与风暴轴的正相关关系,即当海洋锋加强(减弱)时,风暴轴在其主体及下游区域显著增强(削弱),但模拟的正相关关系在风暴轴北部强于观测,这是由于模拟的海洋锋强度与低层大气斜压性的正相关关系在其北部偏强。对比模式在历史试验和未来4种共享社会经济路径(SSPs)下的模拟结果发现,全球变暖背景下,海洋锋强度与风暴轴依然存在显著的正相关关系,但在风暴轴气候态大值区及其北部区域呈现减弱趋势,正相关关系减弱程度在高辐射强迫情景(SSP5-8.5)下最大,在中等至高辐射强迫情景(SSP3-7.0)下最小。进一步研究发现,未来海洋锋强度与低层大气斜压性的正相关关系呈现出类似的减弱趋势,说明未来海洋锋与风暴轴关系的变化主要取决于海洋锋与低层大气斜压性关系的变化。

漫谈海洋模式的一些基本特点及其用法的问题

通过比对海洋观与陆地观,着重从海洋视角来理解历史发展。从布罗代尔的地中海模式出发,将其与亚洲海洋空间对比,进而寻找海洋共同现象,并在海上丝绸之路这一交流通道发现相应研究区域。海洋既是人类合作发展的区域,具有长久性交流特征,又存在着战争冲突的行为。大多数海洋模式是在一个体制内视所有群体和地域为等值的,强调共性。若对海洋模式理论能运用得当,可以更好地理解海洋发展史。

烟台山国家级海洋公园管护模式研究与实践

国家级海洋公园是我国对海洋资源进行有效保护和管理的一种形式。目前烟台山国家级海洋公园的管理存在机构能力不足、社会能力不足和系统管理服务措施缺失的问题,极大地影响了管理效能和保护区保护目标的实现。在借鉴和吸收国内外相关工作经验的基础上,实施烟台山国家级海洋公园管护能力建设工程,探索推行由政府、社区、企业三方共同组成的“共建共管”海洋公园管护模式,经运行后,其管理优势明显、生态效益和社会效益显著。因此,文章旨在通过烟台山国家级海洋公园管护模式的研究和应用,为我国国家海洋公园建设管理提供经验借鉴。

大西洋经向翻转流多百年际变率的二维海洋模式研究

利用简单海洋环流模式,对大西洋经向翻转流(AMOC)的多百年际振荡进行模拟研究。首先推导纬向平均的二维海洋环流模式,得到AMOC的控制方程及关键参数。然后利用数值方法,使用混合边界条件,在合适的边界条件和强迫场条件下模拟合理的AMOC气候态。通过向北半球副极地表层添加盐度通量随机强迫,进行长时间积分,激发AMOC的多百年际变率。功率谱分析结果表明,AMOC可以展现约260年的周期性振荡,对AMOC进行EOF分解得到的主模态主要信号位于较深的海盆,表明多百年际变率可能与较深层海洋的变动联系紧密。最后探究振荡周期与海盆体积及AMOC强度的关系,海盆体积越大,振荡周期越长;AMOC越强,振荡周期越短。

海洋类高校学科建设模式的科学选择:基于格序决策论

随着我国海洋事业的快速发展,海洋类高校在人才培养和科技创新方面发挥着关键作用,其学科建设的重要性日益凸显。本研究回顾了中国海洋类高校学科建设的三个主要历史阶段,并识别了其演变特征。选取35所海洋类高校作为研究对象,运用文本分析法归纳出六种学科建设模式:综合性、特色型、理工科优势型、区域性、产学研一体型和国际化学科建设模式。采用地区经济发展需求、国家战略布局、教育资源配置、科研创新能力、国际合作与交流、政策支持与保障等六个关键指标进行评价,本研究采用区间格序法对这些模式进行了科学选择的比较分析。研究结果显示,特色型学科建设模式在当前评价体系下被认为是最优选择。本研究旨在为海洋类高校提供科学的学科建设模式选择策略,以优化学科建设,提升教育质量,并培养符合时代发展需求的人才。

产权·体系·模式:海洋生态产品价值实现市场逻辑分析

在全民所有自然资源所有者权益框架下,海洋生态产品价值实现的内涵有别于普通商品,其核心是实现全民经济权益、生态权益和社会权益的综合提升。清晰多元的产权机制、五级宏观市场体系、三圈层中观交易架构、微观要素与市场模式等,形成了海洋生态产品价值实现的整体市场逻辑。在科学的产权制度下,交易不是消耗,而是促进保护。价值导向、市场规则、市场主体、市场客体、交易路径、技术支撑等不同的市场要素相互组合,形成了多样化的交易模式,而跨区域的交易平台与模式契合海洋资源等自然资源生命共同体的整体性特质,具有广阔的前景。

船舶企业海洋工程项目计划管理模式

海洋工程项目具有复杂性高、资金需求大、施工环境恶劣等特点,给计划管理带来巨大挑战。为此,本文提出一种全面的计划管理模式,旨在确保项目计划的有效执行,提高成功率。该模式先需开展前期策划,制定项目大纲、识别关键节点、分配资源;其次是实施监控环节,对进度、成本、质量实行管控;最后是风险管理包括风险识别、评估和应对等。上述3个环节相互衔接形成闭环管理。通过前期规划、过程监控、风险防范,该模式能够提高项目交付能力,降低运营成本增强执行透明度,因此该计划管理模式将为船舶企业在海工领域赢得竞争优势,推动行业持续发展。