北太平洋低纬度西边界流系湍流混合的微观结构测量和参数化方法评估

湍流混合在调控海洋垂向物质、能量交换以及气候变化中都起着重要作用,尤其是在北太平洋低纬度西边界流系,湍流混合通过调节温跃层及海气相互作用,在西太平洋暖池结构及演化和厄尔尼诺与南方涛动的发生、发展中都起着关键作用。然而,由于湍流观测的高风险性和高费船时特征,直接的湍流观测资料非常稀缺,因此,对该海域的湍流混合认知大多数来自细尺度参数化估计。鉴于湍流的高时变特征及该海域海洋环流结构的复杂性及西边界流区动力环境的特殊性,验证不同细尺度参数化方法对该海域湍流估算的适用性对于我们准确了解该海域的垂向混合特征、提升其在数值模拟的精度具有重要作用。本研究利用2020年9月在北太平洋低纬度西边界流系沿130°E,10°~18°N进行的直接的微结构观测剖面仪和同期获取的细尺度温盐流测量,研究该海域湍流混合的特征及两种常用的参数化方法--GHP(Gregg-Henyey-Polzin)参数化方法、MG(MacKinnon-Gregg)参数化方法在该海域的适用性。观测结果表明,该海域上200 m湍流混合总体较强,直接观测得到的平均湍动能耗散率约为10^(-8)W/kg。在温跃层中,某些站点观测的湍动能耗散率可达10^(-7)W/kg,特别是在14°N附近,24.5σθ与25.5σθ之间发现一块强湍动能耗散区,初步分析表明其机制与全日内潮的参数化次谐波不稳定有关。参数化评估结果显示,MG方法与观测值相差0.5个数量级的比例为95%,而基于应变的GHP方法和基于剪切的GHP方法与观测值相差0.5个数量级的比例分别为55%和58%,表明MG方法能较好地估算低纬度西边界流系的湍流混合特征并在水平分布和垂直分布表现出一致的分布特征。该评价结果可为研究人员选择细尺度参数化来探讨北太平洋低纬度西边界流系湍流混合的强度和空间分布提供有益参考。

MG方法、FMG方法的自适应并行算法

本文给出多重网格(Multigrid,简称MG)法和完全多重网格(Full Multigrid,简称FMG)法的自适应并行算法。细网到粗网的插值转换均采用同步并行计算,且网格层间迭代转换是自适应的。实际计算表明:自适应同步并行MG、FMG算法可以实现,且后者比前者效率高。对于算法实现中的一些问题,本文亦做了讨论。

线性方程组大数法快速并行解法

利用Schmidt正交规范化方法和分治策略,给出了一个求解含部分已定值变量的任意线性代数方程组的快速并行迭代解法,分析了解法的收敛性和计算复杂度,探讨了解法的内在并行性及其对应的消息传递并行算法的设计方法.

MgS晶体结构性质的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论(DFT)基础上的第一性原理赝势平面波方法对MgS晶体四种构型(B1,B2,B3,B4)的体相性质进行了系统研究.计算结果表明,B1构型的晶体是间接带隙型半导体,而B2,B3和B4构型的晶体则是直接带隙型材料,其中B2构型的带隙宽度最窄,其值为0.42eV.在压力不超过200.3GPa时,B1构型的MgS晶胞是最稳定的,当压力大于该值时,会发生B1构型到B2构型的转化.