海洋三维温盐流数值模拟研究的有关进展和问题

就海洋三维温盐流数值模拟使用的海洋模式和数据同化方法、在中尺度数值预报和再分析中的应用,以及所需支撑条件三方面,简述了国内外研究有关进展和问题。表述了开展大范围分辨中尺度乃至次中尺度涡的高分辨率海洋三维温盐流数值模拟正在研究的有关问题,扼要说明提供相匹配的高性能计算机模拟平台的必要性。初步探讨制约该研究快速发展的有关问题。

波浪对海洋上混合层温度变化的影响研究

通过在海洋上混合层温度方程的平流输运项中加入Stokes漂的影响,定量计算了波浪Sokes漂对混合层温度变化的贡献,即Stokes漂对SST变化的影响。结果表明,波浪Stokes漂的平流输运作用对混合层温度变化的贡献与平均流的贡献在量值上处于可比的量级,二者全球平均比值为23.43%,最大比值达到70%。而对于SST变化率的影响也较为显著,加入Stokes漂影响后,SST变化率的最大变化值达到0.989×10-6℃/s,SST变化率的全球平均变化值为0.077 8×10-6℃/s,与SST变化率全球平均量值0.516 2×10-6℃/s相比达到15.07%,是不可忽略的。因此,在对于海洋混合层温度计算过程中,考虑波浪Stokes漂的作用是必要的。

利用卫星观测海面信息反演三维温度场

基于历史观测的温盐剖面资料,采用回归分析方法统计出海面温度异常、海面动力高度异常与温度剖面异常之间的相关关系;然后利用高分辨率的卫星遥感海表面温度(SST)和卫星观测海面高度(SSH)信息重构了三维海洋温度场。在台湾岛周边海域建立了时间分辨率为天、空间分辨率为0.25°×0.25°的三维温度分析场。通过与实测资料的比较分析,文章所构建的分析场能够较好地描述海洋三维温度场的结构特征,能够较为真实地反映海洋的中尺度变化过程。该分析场可以作为海洋数值模式的初始场,也可以作为"伪观测"同化到海洋数值再分析和预报系统中,进而改善三维温、盐、流的数值再分析和预报。

上层海洋对台风的响应和调制机理

简要介绍2013年初启动的国家重点基础研究发展计划项目"上层海洋对台风的响应和调制机理研究"。首先围绕国家需求说明项目的重要性和必要性,然后从物理机制、同化方法和预报技术出发说明海洋与台风的相互作用是海洋与大气科学研究的前沿命题,接着从海洋对台风的局地响应和反馈、海洋与台风的大尺度相互作用、针对台风的海洋多源数据同化和预报模式的发展等方面阐述相关国内外研究进展,最后给出项目的关键科学问题和主要研究内容。

海洋与台风相互作用研究进展

台风灾害是全球最主要的气象灾害之一.到目前为止,人们已经从大气科学的角度对台风进行了长期系统并且卓有成效的研究.但人们对台风过程中海洋的剧烈变化及其对台风的反馈仍然缺乏足够的认识,这也成为限制台风研究和预报水平的一个瓶颈问题.因此,海洋与台风在各种时空尺度上的相互作用机理及其对台风预报和短期气候趋势预测的贡献是当前国际海洋与大气科学研究的重大前沿课题.本文基于国家重点基础研究发展计划,总结了海洋与台风相互作用的最新研究成果,重点梳理了海洋中尺度过程对台风的影响与反馈、海洋与台风的低频相互作用及其对短期气候变化趋势的影响、台风过程中的海洋多源资料同化及利用海气耦合模式进行台风预报等若干方面的研究进展.最后,提出了今后在海洋与台风相互作用研究中需要关注和重点解决的若干关键科学问题.

基于扩散滤波的多尺度三维变分研究

将扩散方程引入三维变分分析,揭示了传统3D-VAR不能有效提取多尺度观测信息的根本原因,即观测导致的目标函数梯度在空间的不连续分布。将扩散滤波融入基于梯度的最优化算法,发展了基于扩散滤波的多尺度3D-VAR。海表面温度数据同化试验结果表明,新方法可从长波至短波有效地提取多尺度的观测信息。

台湾以东黑潮锋的中尺度过程研究

采用海洋再分析结果,研究了海洋涡旋和锋面波动对台湾以东黑潮锋的影响,结果表明,Rossby波第一斜压模态形成的冷涡（暖涡）,减弱（增强）台湾以东黑潮温度锋强度,减小（加大）锋的宽度。在再分析结果中,捕获到1991年1-2月台湾以东的一次黑潮锋面波动。锋面波动的波槽（波脊）到达时,该温度锋强度减弱（增强）,宽度和厚度减小（增大）。对前人的与线性基态方程相对应的锋面波动扰动态能量诊断方程进行了拓展,推导出与非线性基态方程相对应的扰动态能量诊断方程。之后,使用上述扰动态能量诊断方程,初步分析了该锋面波动的能量来源,发现正压不稳定的贡献与斜压不稳定的贡献比K-H不稳定大1~2个数量级,而斜压不稳定的贡献约为正压不稳定的5倍,因此该锋面波动基本上由斜压不稳定性提供能量。

台湾以东黑潮锋时空分布及形成机制研究

海洋锋是重要的海洋现象,具有重要的研究意义。尽管台湾以东与黑潮之间表层无明显的锋区,但在水下却常年存在较强的海洋锋,这一现象的研究至今尚少见,本研究采用再分析手段,系统分析了温度锋时空变化规律及其形成变化机制。

利用海冰密集度数据分析北极冰间湖变化

冰间湖内存在强烈的海-气相互作用和结冰析盐过程,在极区以及全球气候系统中起着重要作用。本文基于数字图像处理技术,从AMSR-E高分辨卫星遥感海冰密集度数据中提取了长时间序列的冰间湖变化信息,研究北极冰间湖内的净水面积、净水表面的净热通量(向上为正)、产冰量和产盐量的季节和年际变化,比较不同冰间湖区域之间的差异。研究结果表明:总净水面积分别在结冰初期和末期存在极大值,而由于总净水面积季节变化幅度不是很大,总产冰量和产盐量的季节变化主要受净热通量影响,在1月份存在极大值;在不同冰间湖区域内净水面积的季节变化中,进入结冰期越早的冰间湖内净水面积越快达到首次极大值;净热通量的年际变化趋势总体上是减小的,总净水面积是增加大的,其中靠近太平洋和大西洋入流口的冰间湖内净热通量减小的速率要比其他区域快,靠近亚欧大陆的冰间湖内净水面积增长速率要比其他区域大;总产冰量的年际变化同总净水面积基本一致,也是呈增加趋势。最后通过研究冰间湖的年际变化信息同海冰范围变化的相关性,发现如果连续多年冰间湖内年平均净热通量为负的异常,那么海冰范围将出现一次极小值。

近岸浪-风暴潮耦合模型在天津沿海的应用

为了精细化描述天津沿海台风天气下近岸浪和风暴潮特征,基于非结构三角网格,建立近岸浪与风暴潮的耦合模型,其中台风风场采用藤田台风模型,近岸浪采用SWAN波浪模型,风暴潮采用ADCIRC模型。通过对几次典型台风暴潮数值模拟的验证,耦合模型对风速、有效波高和增水的计算结果与实际观测资料符合性均较好,能够很好地反映台风过程中天津沿海近岸浪和风暴潮特征,可以为天津的防灾减灾工作提供科学依据。

南海温跃层深度计算方法的比较

基于1986-2008年的中国近海及邻近海域再分析产品(CORA)气候平均海温资料,分别运用S-T法、垂向梯度法和最大曲率点3种温跃层定义计算了南海温跃层上界深度,揭示了南海温跃层季节变化特征。对3种不同定义确定的温跃层上界深度进行比较发现:采用不同定义计算南海温跃层上界深度存在差异,S-T法确定的温跃层上界深度最浅,垂向梯度法其次,最大曲率点法最深;在深水区(水深>200 m)运用S-T法计算的温跃层上界深度与垂向梯度法的结果比较一致,都与实际温跃层深度符合较好;在浅水区(水深<200 m),垂向梯度法和最大曲率点法可以准确判定无跃区,但对于温跃层深度计算,3种定义误差均较大。

孟加拉湾与赤道东印度洋水交换的季节变化特征

文章利用海洋再分析产品及卫星遥感资料等分析了赤道东印度洋与孟加拉湾经向盐交换的季节变化特征, 估算了孟加拉湾湾口6°N 断面的年均淡水输运量.盐通量计算结果表明孟加拉湾与赤道东印度洋的盐交换过程主要由海流控制, 湾口东西两侧过程基本相反.西南季风期（东北季风期）西侧为向北（南）的盐通量, 东侧为向南（北）的盐通量.湾口经向淡水输运量的分析表明, 断面上层在4~10 月湾内向湾外输运淡水; 在11 月-次年3 月则相反.年均经向淡水输运量的分析表明, 在整个深度层次上由孟加拉湾向赤道东印度洋输运淡水, 断面年均淡水输运量为1.0×10^5m3·s^-1.

海洋科技期刊新时代办刊优化策略分析

新时代科技期刊承担着以科技成果的应用传播服务于实现现代化伟大事业的使命,面临着更广阔的发展空间。文章分析海洋科技期刊当前面临的国内外形势,明确了新时代任务,提出学科出版的时代理念和学科期刊的办刊优化方法。分别从打造顶级期刊、创建专业特色期刊、发挥行业合力作用、研发优化出版方法 4方面探讨了具备一流引领性和话语权的策略;从聚焦学科前沿、驱动行业发展和科学普及应用3方面探讨提供一流影响力和服务能力的策略。

人工神经网络在南海近海面气温反演中的应用研究

基于人工神经网络方法,利用海面水温、海面风速以及海面气压反演南海近海面气温,采用的基础数据集是国际综合海洋-大气数据集(International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set,2.4 Release,ICOADS2.4)1981—2008年的观测资料,其中1981—2000年的观测资料用来建立模型,2001—2008年的观测资料用来进行模型检验。采用的人工神经网络方法是引入动量因子并采用批处理梯度下降法的BP(Back propagation)算法。试验结果表明,基于人工神经网络建立的近海面气温反演方法明显优于多元线性回归方法,尤其是在春季和冬季,海面水温、海面风速以及海面气压与近海面气温之间存在较强的非线性关系,人工神经网络的优势更加明显。总体而言,人工神经网络在各月的反演效果较均衡,均方根误差介于1.5—1.8℃之间,平均绝对误差为1.1—1.3℃。

全球Stokes漂流的时空分布特征研究

利用海浪模式WWIII(Wave Watch III)2008年的模拟结果对海面Stokes漂流、Stokes输运、Stokes深度以及全球Langmuir数的年平均分布特征和季节平均分布特征分别进行了详细的研究与分析。结果表明,海面Stokes漂流和Stokes输运均呈现高纬度偏大的特征,以南极绕极流海域最为突出。全球大部分海域Stokes漂流影响深度在20 m以内,呈现大洋东部偏大,西部偏小的分布特征。全球大部分海域的混合作用是剪切不稳定性和Langmuir湍效应并存的状态,甚至有些海域是以Langmuir湍效应为主。因此,在进行大尺度的海洋数值模拟时,应该考虑波浪导致的混合效应。

台湾以东黑潮锋时空分布及形成机制研究(英文)

海洋锋是重要的海洋现象,具有重要的研究意义。尽管台湾以东与黑潮之间表层无明显的锋区,但在水下却常年存在较强的海洋锋,这一现象的研究至今尚少见,本研究采用再分析手段,系统分析了温度锋时空变化规律及其形成变化机制。

日本福岛核污染对中国和美国近海影响的集合统计预测

利用1978～2011年的表面漂流浮标和由再分析流场模拟的拉格朗日示踪物,对日本福岛核污染影响中国和美国近海的可能时间和影响强度进行了集合统计预测研究.初步研究结果表明,在假定核污染物仅在海洋表层输运的前提下,示踪物会通过两个输运路径到达中国近海,即分别是黑潮回流和副热带环流,所需时间分别为1.5和3.5年;而示踪物到达美国近海的时间是4年.根据核污染物相对数浓度(单位面积示踪物的个数同初始时刻放射源处单位面积示踪物个数之比)及其半衰期,本研究给出了核污染物在上述相应时间尺度上对中国和美国近海的影响强度分布.例如,相对于日本福岛源地核污染物的影响强度初始水平,1.5年以后中国南海137Cs的影响强度为1%,4年后上升为3%;而由于强大的黑潮延伸体流系是核污染物的主要输运路径,受此影响,4年后美国近海137Cs的影响强度为4%.