大气环流模式中地面参数化的发展

用于气候模拟和天气预报的大气环流模式要用到地－气间的辐射,水汽和动量通量。这些通量为次网格模式,又被称为地面参数化。在过去２０年里,由于植物学,水文学,卫星遥感技术的不断发展和大量的外场观测试验,这些参数化方案由简单的,缺乏真实性的方案逐渐发展为逼真程度很高的全球土壤－植被－大气交换系统模拟方案。     

南海海-气通量交换研究进展

1998年的"南海季风试验(SCSMEX)"已经过去10年了,SCSMEX启动的南海海-气通量试验研究也有10个年头.在SCSMEX和国家自然科学基金面上项目"南海季风爆发期近海面层通量观测和湍流结构的观测研究"支持下,10年来在西沙实施了3次(1998年、2000年、2002年)海-气通量观测试验,开展了试验资料分析研究,重点是西南季风爆发前后海-气通量交换过程研究,辐射通量、感热通量、潜热通量、动量通量随天气条件的变化研究,海-气通量日变化,通量交换系数以及通量变化对低层大气、上层海洋的影响研究.对10年来南海通量研究作一回顾,对未来的通量观测研究计划特别是2008"亚洲季风年"西沙通量观测提出一些建议.     

区域蒸发研究综述

概述了区域蒸发近年来的研究进展,包括目前估计区域蒸发的4个方面,即①单点蒸发测定的精确化;②利用遥感信息提取参数;③CBL模型模拟地-气水汽交换通量;④植被-大气相互作用模型与区域大气模型结合,模拟区域水分和热量平衡.这些方法从影响区域蒸发的不同方面探讨估算方法,但由于区域尺度下垫面特征的空间变异性,蒸发过程的不确定性,区域蒸发过程仍有待深入认识.本文分析了这些方法的原理和优点,同时也指出了其中存在的问题和今后的研究方向.     

海洋二氧化碳的研究进展

海洋是一个巨大的碳库,具有潜在的缓冲大气CO2增加的能力,研究CO2在海洋中的转移和归宿,对于预测未来大气CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。综述了海洋CO2的研究现状,着重介绍海洋CO2的源与汇、海—气CO2通量的估算以及海洋环流、生物泵和海洋生态在海洋碳循环中的作用,并对该研究领域的发展趋势进行了总结。     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(Ⅲ):参数化方案

以物理过程分析为基础,根据野外实测资料设计了青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式中的大气辐射参数化方案,对直接太阳辐射、大气散射辐射、大气向下长波辐射参数进行处理,得到了较好的结果.在无云大气条件下,对直接太阳辐射透过率和大气散射辐射以太阳天顶角进行参数化;对大气向下长波辐射以大气等效辐射率及气温进行参数化;在云天条件下,基于晴阴比的云量参数化和基于气候资料的云天系数参数化都各有较好的效果.对土壤热通量的参数化方法和拖曳系数的取值问题进行了讨论,更完善的方法还有待于与实验测量工作相结合.     

广州市土壤—大气界面Hg交换通量研究

运用Tekran 2537 A与动力学通量箱联测技术,对广州市5个绿化带和草地土壤—大气界面汞交换通量进行了实地监测,结果表明,广州市5个监测点土壤—大气界面汞交换通量密度均值为7.341±9.714 ng·m-2·h-1,不同地点土壤—大气汞交换通量密度有显著差异。汞交换通量密度随土壤汞含量的增加而增大,气象条件显著影响汞交换通量,汞交换通量密度与光照和土壤温度呈显著正相关关系,与土壤pH呈负相关关系,降雨和植被显著影响汞交换通量。     

基于区域气候模式的流域农业干旱成因分析

以湄公河流域为研究区,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,以根系层土壤含水量为代表性指标,对A1B情景下未来研究区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡原理,系统分析了降水、蒸发、地表温度和根系层土壤含水量等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了识别。预估结果表明:从年内各月地表净通量和地表温度变化来看,未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加明显,且土壤含水量减少也较为明显;同时,这两个时段蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致流域局部地区(尤其是非灌溉农业区)农业干旱的发生。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川东支能量-物质平衡模拟研究

基于天山乌鲁木齐河源1号冰川东支海拔4 025 m处自动气象站的观测数据和同期物质平衡花杆观测数据,采用COSIMA模型,对该冰川东支2018年消融期单点能量-物质平衡进行了模拟。结果显示：物质平衡模拟值为（-0.67±0.03）m w.e.,与实测值有非常好的一致性,相关系数达0.96。造成冰川消融的能量来源于净短波辐射（84%）、感热通量（16%）;冰川能量支出为净长波辐射（55%）、冰川消融耗热（32%）、潜热交换（7%）及地热通量（6%）。受能量收支影响,模拟物质平衡主要取决于表面消融和固态降水。与我国其他区域大陆型冰川研究结果比较发现,乌鲁木齐河源1号冰川物质损失较为显著,能量通量主要取决于海拔以及气候条件,再冻结和固态降水显著小于羌塘1号冰川和扎当冰川,推测与单条冰川所处的大气环流有关。     

北极海冰对长江流域主汛期降雨的影响

针对极地冰雪显著影响中低纬气候的事实,利用1979-2017年长江流域116站降水资料和美国国家冰雪数据中心海冰资料,通过奇异值分解等统计学方法,研究北极海冰对长江流域主汛期降水的影响及可能的机制,结果表明:冬春季节,巴伦支海和鄂霍次克海海冰面积偏多、波佛特海海冰面积偏少时,主汛期长江上中游干流、汉江上游和雅砻江降水偏多;北极群岛、楚科奇海和拉普捷夫海以北海域海冰面积偏多时,主汛期两湖水系降水偏多,嘉陵江上游、汉江上游降水偏少;反之亦然。可能的机制为冬春季关键区海冰变化通过影响湍流热通量引发大气能量波动,这种波动以大气波列形式向东亚传播,影响东亚地区夏季的大气环流和水汽输送,从而间接影响长江流域主汛期降水。应用多元回归法,以关键区海冰面积作为预测因子建立4个流域内主汛期降水趋势预测模型,模型对预报区降水的定量预测有明显的波动,但对预报区总体的降水趋势有较好的预测效果。     

夏季红枫湖地区农田土壤-大气界面汞交换通量的初步研究

采用动力学通量箱法(Dynamic Flux Chamber)与高时间分辨率大气测汞仪联用技术对贵州红枫湖地区土壤-大气界面间汞交换通量进行了初步研究.结果显示,红枫湖地区土壤-大气界面间汞交换通量变化范围为-8.6 ng～215.3 ng@m-2@h-1,平均27.4士40.1 ng/m2@h(n=255);且土壤与大气界面间的汞交换是双向的既有土壤汞的释放,又有大气汞的沉降,主要以土壤汞的释放为主(n释放=253,n沉降=2n).土壤汞的释放通量与土壤温度、气温、光照强度有强相关关系,相关系数分别为0.80、0.83、0.74.     

海气CO2通量与涡动相关法应用研究进展

海气CO2交换速率及通量的测定、估算是碳循环研究的重要内容。测定、估算海气CO2交换速率及通量有多种方法,但都有其局限性,准确定量海气碳通量的大小仍是碳循环研究的热点问题。当前应用最广泛的海气界面分压差法需要通过间接手段测定海气交换速率,交换速率和风速的关系基于经验公式,不确定性较大;而涡动相关法（eddy covariance / eddy correlation）是一种直接测量方法,理论上不需要任何经验参数,在近年来取得较大进展。综述了近年来国内外CO2海气交换速率及通量的测定、估算方法的研究进展,并对各种方法的原理、应用、优缺点进行了分析,着重介绍了涡动相关法测量CO2通量的原理、国内外研究现状、相对传统方法的优缺点以及发展前景等,对未来海气CO2交换速率及通量研究发展趋势和研究方法作了展望。     

海洋中氟氯烃的研究进展

研究海洋中的氟氯烃对全球气候变化和海洋环流的研究有重要意义.氟氯烃不仅是温室气体,还破坏大气平流层中的臭氧,也是近代海洋科学研究的有效工具,可以作为化学示踪剂,广泛用于示踪海洋环流、水团运动混合过程、海洋通风过程,测定水团年龄、海水混合和循环速率以及海气交换速率等的研究.对过去几十年海洋中氟氯烃的研究进展进行了评述,介绍了海水中氟氯烃的分布特征与通量研究、氟氯烃在海洋中的应用及分析方法,同时简述了大气中氟氯烃的分布特征.概述了该研究领域有待进一步研究的问题.     

Hydrochemical evaluation of the coastal Quaternary aquifer east of Tripoli, Libya

Chemical analyses of more than 80 water wells penetrating the first aquifer in the coastal areas east of Tripoli indicate three different hydrochemical facies. Sodium chloride type water is mainly related to the encroachment of sea water as a result of excessive abstraction. The chemical interaction between groundwater and the aquifer materials led to the formation of calcium bicarbonate type water. Calcium chloride type is developed when the intruded sea water, very rich in Na ions, forced through the aquifer materials, and part of these cations replaced the Ca at the exchange sites of the clay minerals.Plotted against chloride, the concentrations of the Na, K, Ca, Mg, sulphate and bicarbonate species deviate considerably from the ideal mixing curves of fresh groundwater and sea water. Sulphate and bicarbonate enrichments are strongly related to the oxidation of sulphides and dissolution of calcite minerals present in the aquifer materials. Sea water intrusion and reverse cation exchanges reactions are the most important phenomena in the chemical evolution of the salinised groundwater.     

Cosmogenic nuclide methods for measuring long-term rates of physical erosion and chemical weathering

Understanding the evolution of geochemical and geomorphic systems requires measurements of long-term rates of physical erosion and chemical weathering. Erosion and weathering rates have traditionally been estimated from measurements of sediment and solute fluxes in streams. However, modern sediment and solute fluxes are often decoupled from long-term rates of erosion and weathering, due to storage or re-mobilization of sediment and solutes upstream from the sampling point. Recently, cosmogenic nuclides such as ¹⁰Be and ²⁶Al have become important new tools for measuring long-term rates of physical erosion and chemical weathering. Cosmogenic nuclides can be used to infer the total denudation flux (the sum of the rates of physical erosion and chemical weathering) in actively eroding terrain. Here we review recent work showing how this total denudation flux can be partitioned into its physical and chemical components, using the enrichment of insoluble tracers (such as Zr) in regolith relative to parent rock. By combining cosmogenic nuclide measurements with the bulk elemental composition of rock and soil, geochemists can measure rates of physical erosion and chemical weathering over 1000- to 10,000-year time scales.     

VMS矿床成矿流体的组成,来源及作用机制

ＶＭＳ矿床是一类非常重要的有色金属矿床，其成因与火山岩及海水密切相关。流体包裹体成分及氢氧同位素特征表明成矿流体主要为加热的海水，可能有岩浆水的参与。渗入火山岩层的海水在深部热源作用下发生对流，并萃取了火山岩中的金属。成矿流体在海底喷溢，与海水混合反应，造成矿石沉淀。整个成矿演化过程经历了复杂的流体—岩石反应和流体—流体反应，这些反应在成矿中起着非常重要的作用。     

Advances in Studying the Sea-Air Dimethysulphide Exchange Process in the Southern Ocean

Dimethylsulphide (DMS) is an important marine biogenic gas and can be released into atmosphere through sea air gas exchange. The oxidants of DMS in atmosphere are the main compounds of pristine marine sulphate aerosols and would affect the global climate change finally. Almost all the atmospheric DMS, about 90%, comes from the ocean. The southern ocean, which consists about 20% of the whole ocean area, is one of the largest atmospheric DMS sources. In contrast with the other oceans, the Southern Ocean appears great spatial and temporal variability of surface seawater DMS. In addition, there are the complex hydrography system, variable sea ice condition and various biologic activities in the Southern Ocean as to make survey and understand DMS as well as its controlling factors most difficult. Moreover, it is significant to integrate the DMS sea ice exchange processes and its controlling factors studies. In order to develop survey and research on the sea air DMS exchange and biogeochemistry processes, estimate methods of the sea air DMS fluxes will be reviewed, characteristics of the spatial and temporal distribution of surface seawater DMS will be discussed and the sea air DMS flux in the Southern Ocean will be assessed. Finally, major controlling factors of DMS sea air DMS processes will also be analyzed.     

PHREEQC在地下水溶质反应-运移模拟中的应用

由于地下水污染的加剧,对地下水中污染物运移规律的研究日益受到重视。地下水中的溶质在运移过程中伴随着溶质组分间的化学反应,因此需要建立地下水溶质运移与化学反应的耦合模型。PHREEQC是近年来发展起来的描述局部平衡反应、动态生物化学反应的水文地球化学模拟软件。本文利用该模拟软件对一维地下水流动过程中溶质离子交换反应和动态氧化还原反应进行了模拟。结果表明,PHREEQC能够成功地进行溶质运移情况下复杂水化学反应模拟,但对于复杂地下水流和溶质运动的情况,有必要耦合其它的地下水流动和溶质运移软件来共同完成。     

辽东湾红沿河附近海域2017—2018年冬季气温-水温-冰情关系研究

辽东湾是我国冰情最严重海域,每年冬季都会受到海冰的显著影响,冰情预测评估可为辽东湾涉海活动提供防冰抗冰的技术依据。建立气温-水温-冰情的相关性,结合便于获取的现场高精度连续气象数据和高精度冰情预测模型,可实现局地小尺度的冰情快速预测评估。基于2017—2018年冬季辽东湾东岸红沿河附近海域实测气象-水温-冰情同步观测数据,结合辽东湾大尺度整体冰情（浮冰面积）,推演局地气温、水温与不同尺度冰情评价参数（浮冰范围与冰厚）的相关关系,提出基于不同气温区间的气温变化规律的冰底热通量选取方法,进而建立适用于辽东湾的气温-水温-冰情评估方法。相关性分析结果显示：观测点气温与水温存在明显相关性;浮冰范围与气象数据存在明显相关性,临界温度为 -5 ℃的累计负气温能很好拟合本年度盛冰期浮冰范围。基于HIGHTSI进行数值模拟后发现：水温与块体积法计算冰底热通量时,冰水间的热传递系数取2.2×10^-5是可行的;水温对冰情的影响表现在海冰冰厚最大值与冰期长短。为弥补辽东湾其他海域因缺少实测海水温度观测数据欠缺、冰底热通量选取不准选取导致的冰情模拟预测评估困难的问题,本文依据水温与气温的相关性,将水温随气温变化划分为结冰区（气温小于-10 ℃时水温维持冰点附近）、过渡区（气温为-10~-5 ℃时水温处于-1.4~-0.4 ℃）、融冰区（气温高于-5 ℃时水温随气温的增大逐渐增大）,进而提出适用于辽东湾所有海域的冰底热通量计算方法和冰情评估方法。     

塔西台地寒武纪沉积环境演化与海陆耦合

碳酸盐岩台地作为陆地与深海间的过渡带,其沉积记录了海洋和邻近陆地的演化。结合已有的沉积学工作,对塔里木盆地西部台地寒武系碳酸盐岩进行全岩及酸不溶物地球化学研究。塔西台地寒武纪主要发育局限台地、局限-蒸发台地或蒸发台地相沉积。碳酸盐岩的地球化学特征主要受沉积环境和成岩作用影响,对研究区寒武系白云岩来说,其元素组成极易受沉积微相的控制,氧同位素组成则很可能已被成岩作用改造,仅原生、准同生白云岩的Sr/Ba、Fe/Mn和C同位素可反映沉积相演化对应的古盐度、离岸距离等沉积环境特征的变化,酸不溶物化学蚀变指数（CIA值）则指示邻近陆地的化学风化强度与气候特征。寒武纪时期,塔西台地在相对海平面较高时发育局限台地相沉积,以水体盐度较低、沉积环境离岸较远和生物活动相对较弱为特征,陆地化学风化强度适中,气候温暖湿润;在相对海平面较低时发育蒸发台地相沉积,具有水体盐度较高、沉积环境离岸较近和生物活动相对较强等特点,陆地化学风化强烈,气候炎热极端;在相对海平面适中时发育局限-蒸发台地,沉积环境和邻近陆地的特征介于前述二者之间。沉积相演化对应的较长周期的海陆演化可能主要受全球海平面升降及宏观气候变化控制,具体表现为相对海平面升降所导致的海相沉积环境的变化,以及气候变化引起的陆地化学风化强度的变化。寒武纪塔西台地所处区域的海洋-陆地演化具有高度耦合的特征。     

全球冰-海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量 ,与大气和海洋的相互作用 ,直接影响大气环流和海洋环流 ,对气候及其变化具有重要影响。文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用 ,改进冰海洋热力耦合方案 ,利用由中国科学院大气物理研究所的 30层海洋模式和基于Flato空化流体流变学的海冰动力模式和Hibler表面热收支平衡的零层海冰热力模式 ,建立全球冰海洋耦合模式。利用大气月平均气候资料 ,利用冰海洋耦合模式对全球海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析。模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近 ,比 2 0层冰海洋耦合模式的结果有显著改进。北半球海冰范围偏小 ,但季节变化的量值与实际相当一致。模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征 ,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等。对海冰密集度的分析表明 ,模拟结果得以改进原因在于改进的冰海洋热力耦合方案增强了融冰期冰海洋耦合系统海洋热通量增加—密集度减小—能量收支增加的正反馈机制。