无盘系统在海洋大气数值模拟实验室中的应用

海洋大气数值模拟实验室承担着海洋与大气学院所有数值计算类的实验实践课程,并在课后实行全天候开放,实验室课程任务繁重,人流量大,管理维护难度大,急需一套好的管理技术方法的支撑。通过对目前比较先进的桌面虚拟化管理和无盘工作站网络化管理的调研、对比,选择对无盘工作站网络化管理模式进行了研究,它是基于无盘系统的一种管理模式,其系统搭建及管理方式均比较适合该实验室的应用和管理。针对实验室的使用和管理特点,依托无盘系统技术,对实验室进行了无盘系统管理模式的个性化搭建。新的管理模式在实验室管理中有着良好的表现,大大减轻了机房维护的压力,提高了机房的工作效率。

水面薄层热结构变性的实验室模拟研究

利用ＨＤＧ高灵敏度红外测温仪和常规测试仪器在动力实验水槽里对风作用下的水面薄层热结构变性进行了模拟测量。测量结果分析表明，当Ｔａ＞Ｔｗ时，风速从０增至１６ｍ／ｓ，可使薄层温差（ＴＲ－ＴＷ）增加约０．４℃，温度梯度达８℃／ｍ。同时还发现，在风以０～１６ｍ／ｓ速度对水面作用过程中，薄层内热输送有方向改变，其热结构变性转换点发生在摩擦风速为２０ｃｍ／ｓ左右。此外，文中还对有关形成机制进行了初步讨论。

实验室用内波动态测量仪

本文描述作者研制成的一种专用于实验室水槽密度层化食盐溶液中内波实验的仪器，该仪器采用微型计算机等先进技术，能够连续定量采集层化盐水电导率和密度剖面以及内波产生的等密度面起伏的时序数据，使内波实验由定性提高到定量水平，仪器具有探头体积小、精度高、测量范围宽、采集和控制自动化程度好等优点，是内波实验研究的有效手段。

中国东部陆架边缘海海洋物理环境演变及其环境效应

中国东部陆架边缘海是支撑中华民族伟大复兴的经济海域,其重要的战略地位及经济贡献对国家发展至关重要。对海洋环境和生物资源的了解有利于国家的根本利益,有利于加快创建和谐社会的宏伟目标,因而对该海域的深入研究是当前面临的迫切任务。国家重点基础研究发展计划(973)项目“中国东部陆架边缘海海洋物理环境演变及其环境效应”拟对中国东部陆架边缘海这样一个层化结构多变、多种运动形态耦合的复杂动力学系统中的物理环境的演变及其环境效应进行深入研究,进而揭示海洋环境演变规律,为国防安全、渔业生产等提供科学支持;同时对该项目研究的目的、科学意义、关键科学问题及预期目标等进行了简要介绍。

海洋悬浮物浓度的长期演变特征及机制

受气候变化和人类活动的影响,21世纪以来全球海洋的悬浮物浓度发生了显著变化。悬浮物浓度的剧烈变化不可避免地对海洋生态环境、地貌演化和生物地球化学循环产生重大影响。随着气候变化对人类活动的环境影响研究的深入,以及卫星遥感数据的不断积累,悬浮物浓度的长期变化趋势及其机制已成为地球科学研究的热点。本文概括性地总结了海洋悬浮物浓度长期变化的国内外研究进展,指出了中国近海相关研究的不足之处,并对未来发展方向作出了展望。

海洋学实验教学中心信息化建设可持续发展研究

文章通过对海洋学实验教学中心(下文简称“中心”)信息化建设现状及存在问题的分析,对中心网络信息化建设可持续发展进行了研究;探索中心信息化建设可持续发展的实施办法,重点阐述了信息化建设管理机制、信息平台建设维护和开放管理系统建设等方面的建设实施方案及其在中心信息化可持续发展中的重要性。信息化建设是一个依赖信息技术发展的动态过程,在未来的建设道路上要及时补充新技术、新知识,不断进行完善,为实验实践教学的改革创新提供更好的保障条件。

中国第十次北极物理海洋学科学考察综述

2019-08-10—09-27,自然资源部第一海洋研究所牵头实施完成了中国第十次北极科学考察,该航次采用的考察船为“向阳红01”科学考察船,这是我国首次利用非破冰船抵达北极海域执行科考任务。本航次在中央航道区域、楚科奇海、白令海等我国传统北极考察海域,以及东白令海陆架和西北太平洋新拓展的海域,进行了包括重点海域断面调查、锚碇潜标长期观测、多水下滑翔机协同观测、抛弃式和走航观测等在内的物理海洋学综合考察。其中,在白令海东部进行的断面观测和水下滑翔机协同编队观测均系中国首次,拓展了中国在北极的观测范围,提高了中国调查和监测北极环境的能力。本文概述了这次考察在物理海洋学方面的主要考察成果,并总结了航次完成的亮点工作。

北极海冰快速减退前后的北冰洋上层海洋热含量变化

北极海冰自1997年进入快速减退阶段,对北冰洋造成显著影响。本文利用数值模式结果,分析北冰洋1990—2014年期间的上层海洋(0~150 m)热含量长期变化趋势。研究发现,陆架区只有楚科奇海西部和巴伦支海的热含量有显著增加趋势,其他海域的变化较小。加拿大海盆上层热含量总体呈现上升状态,对北冰洋海盆区上层热含量增加趋势做出主要贡献,且主要取决于夏季太平洋水的热含量变化。随着海冰的减少,夏季太平洋水持续升温,但是其热含量并不是一直处于增加的状态。与北极海冰的快速减退相对应,夏季太平洋水热含量在1997年前后具有两段不同的长期变化特征:1990—1997年为减少趋势,主要归因于其体积减小,与这段时期北极涛动指数减小导致的波弗特流涡向下泵压上层太平洋入流水能力减弱有关;1998—2014年为快速增长趋势,其变化速率是前一段时期的2倍多,该时期的北极涛动指数虽然没有明显变化趋势,但是海冰的加速减少造成大气对海洋的直接强迫增加,波弗特流涡向下泵压的能力变强,使夏季太平洋水体积增大,在海水升温的共同作用下,促成了夏季太平洋水热含量的快速增加。

耦合模式FGOALS-g3对全球海洋潮汐的模拟评估

潮汐在海洋能量的传递和混合过程中起着重要的作用,为维持全球热盐环流提供了主要的能量,影响着全球的海洋环流。此前已有工作在低分辨率的、单独的海洋模式中研究潮汐作用对海洋环流状态的敏感性,为进一步研究潮汐作用对环流和气候状态的敏感性,有必要将潮强迫引入到气候耦合模式中。本文成功地将8个主要平衡分潮显式地加入到耦合模式FGOALS-g3中,并评估了其对全球海洋潮汐的模拟能力,对于进一步研究潮汐对大尺度环流及气候状态的影响有重要意义。本文通过对模拟的海表面高度数据进行潮汐调和分析,得到各个分潮的调和常数,并将其与全球潮汐模型TPXO9和FES2014,以及开放海洋潮汐数据集st102进行对比。结果表明,FGOALS-g3耦合模式可以合理地模拟全球海洋中的正压潮,模拟结果与潮汐模型和实测数据集相比均比较接近。与这两套全球潮汐模型相比,均方误差均相对较小,且误差大多分布在振幅较大的区域。与st102数据集相比,FGOALS-g3模拟的8个主要分潮的平均振幅相对误差均在10%以内,且总均方误差均小于10 cm。

推动中国海洋气象学发展的两位大师——第Ⅱ部分:王彬华的故事

青岛是中国现代气象学的发源地和中国气象学会的诞生地,对中国海洋气象学的历史演变过程有重要影响。本文主要介绍王彬华先生的生平概览、科学研究和教书育人,以及蒋丙然与王彬华师生两人的历史命运,从中折射出我国海洋气象学的发展脉络,期盼能为深入理解中国海洋气象学的发展历史提供多角度的认识。

推动中国海洋气象学发展的两位大师——第Ⅰ部分:蒋丙然的故事

青岛是中国现代气象学的发源地和中国气象学会的诞生地,对中国海洋气象学发展的历史演变过程有重要影响。本文主要介绍了海洋气象学定义,以及中国最早的气象学家、中国近代气象事业的开拓者之一、中国气象学会第一届至第五届理事长、青岛观象台台长蒋丙然先生的生平概览和科学研究,从中折射出我国海洋气象学的发展脉络,期盼能为深入理解中国海洋气象的发展历史提供多角度的认识。

常用海洋数值模式简介

OGCM(Ocean General Circulation Model普通海洋环流模式)简单的说就是把海洋原始方程组离散求解的过程。鉴于实际观测资料较少,无法满足研究需求,用数值模式进行数值模拟是实用的研究方法之一。目前海洋学界较为常用的OGCM有POM、FVCOM、HAMSOM、HYCOM等。这些模式有些适用于近岸海域,有些适用于大洋,各有其自身的特点。本文作者在对以上各模式使用与理解的基础上,对这几种模式进行了介绍,并对如何选用一个合适的模式给出了建议。

太平洋北赤道流区上层海洋季节内振荡及斜压稳定性

根据全球高分辨率的海洋环流模式 (POCM)的数值模拟结果 ,发现北赤道流区上层海洋流的季节内变化是以准 60天振荡为主 ,该准 60天振荡的振幅有年际变化。利用 2 .5层海洋模式 ,确定了NEC区纬向Rossby波解的频散关系。该关系表明 :北赤道流区行星波和波长小于 5 70km的Rossby波都为稳定波 ;波长小于 2 0 0 0km ,大于 5 70km的Rossby为不稳定波 ;最不稳定波的相速度和波长分别为 - 0 .1 45m·s- 1 和 785km。斜压不稳定是北赤道流区上层海洋准

伴随同化技术在渤、黄海生态模式中的应用：控制变量的选取与孪生实验

在渤、黄海海域建立了物理海洋模型与NPZD生态模型的耦合模型，就伴随同化技术应用中如何从众多模型参数中选择控制变量的难题做了深入研究。研究发现，对于渤、黄海海区的NPZD模型，除了用传统的方法选取控制变量之外，代价函数关于模型参数的梯度信息也可以作为选取控制变量的标准之一，这从另一个角度解决了如何确定控制变量的问题。另外，通过孪生实验验证了在渤、黄海NPZD生态模式中使用伴随同化技术同化水色遥感数据的可行性，这为以后将水色卫星遥感数据同化到海洋生态模型中奠定了基础。

东北季风与南海海洋环流的相互作用

针对冬、春季南海海区风场，表层海流、海温场的季节变化，选用了21/2层海洋模式和简单一层大气边界层模式，研究了冬、春季东北风作用下南海上层海洋环流的基本形态及其对SST的影响，估算了这种影响对海面风场的反馈效应。研究结果表明，冬、春季东北季风与南海环流的相互作用对吕宋岛两部海域的气旋式冷涡的形成和维持有利。冬季（1月）强东北风作用使南海上层为一气旋式环流，上层环流对季风的反馈作用可使南海西北部东北风减弱，东南部东北风略加强，由北向南的越赤道流略强；春季（4月）弱东北风作用使南海南部、北部上层各有一气旋式环流，两个气旋式环流之间有一个反气旋式的环流，上层环流对季风的反馈作用使东北季风风速更弱，有利于越赤道流的转向和南海夏季风的形成。

相空间反演方法及其在海洋资料分析中的应用

时间序列重建相空间理论是研究实验数据所隐含着非线性复杂现象（如奇怪吸引子、分形、自相似结构及混沌）的有力工具。本文在时间序列重建相空间理论基础上，建立了在嵌入相空间中反演动力系统方法，并将此方法应用于ＴＯＧＡＣＯＡＲＥ提供的海表温度（ＳＳＴ）时间序列资料分析中，给出了奇怪吸引子关联维数、嵌入相空间维数、Ｌｙａｐｕｎｏｖ特征指数、Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵及可预报时间尺度。利用相空间中反演动力系统，在可预报时间尺度上进行预报实验，其结果与实测值基本一致。

海洋白浪与海面摩擦速度的直接同步测量及其结果分析

本文报告首次进行的海洋白浪、泡沫和沫流带与海面摩擦速度的直接同步测量结果.由此结果得海洋白浪覆盖率W_c与海面摩擦速度U_*的经验关系为W_c=1.34×10^(-5)U_*^(1.93).这一关系式支持白浪覆盖率正比于海面风应力的论断;显著不同于白浪覆盖率正比于摩擦速度3次方的物理分析结果.基于此经验关系式,还对白浪在海-气交换中的作用进行了讨论.

内波场中水平桩柱波阻的实验研究

分析水平阻力与内波波要素的关系,采用实验室实验的方法,研究了水平桩柱与内波的相互作用,焦点是研究内波波要素与波阻之间的关系。实验中的密度分层采用典型跃层型剖面,而内波是由自行研制的造波机生成。实验结果表明,当内波的频率不变时,水平桩柱所受到的阻力随着内波的振幅增加而增加,它的量值与分层有关。对于强跃层的密度分布,当桩柱处在跃层中时,受到的水平波阻较小,而在跃层之外则受到较大的水平波阻。

海洋气象条件变化对青岛平流雾过程的影响分析

利用风廓线资料、探空资料和地面气象观测资料对青岛夏季的一次平流雾过程进行了分析,探讨了雾的演变与气象条件的关系。研究表明：雾的强度和厚度与风的垂直结构密切相关,风向为稳定的东南风,90%以上的相对湿度层有一定厚度时,3 m/s以内的风速层内容易成雾,雾顶高度在240~530 m之间。雾顶可以在逆温层底,也可能低于逆温层底。逆温层抬升有利于雾层向上发展,突破混合层高度。稳定的向岸风有利于海风的形成,造成比湿持续增加和大气中粗粒子增多,能见度下降和雾的出现。