中国近海海面地形的计算与研究

介绍了海面地形的研究现状,并根据几何水准求得了中国近海的海平面倾斜及其精度.给出应用水文资料计算中国近海海面地形的公式及其计算结果.探讨了由球函数模型计算中国近海海面地形的理论和方法,并对不同方法进行了比较,得出了一些有益的结论.     

中国近海海洋锋和锋面预报研究进展

海洋锋是水文要素特性不同的2个水团之间的狭窄过渡带,是一种重要的中尺度海洋现象,对渔业、军事和海洋环境保护等许多领域有重要影响,已经成为近年来物理海洋学以及海洋交叉学科中的重要课题之一。中国近海由于众多环流、水团和涡旋在此交汇,海洋锋现象十分显著,近年来,我国学者对中国近海的海洋锋产生机制和变化规律取得了一定的进展。首先从实测水文资料分析、遥感资料分析和数值模拟3个方面分别回顾了黄海、东海、南海北部等中国近海海域海洋锋的研究进展。对于海洋锋的预报研究,我国起步较晚,但目前对近海海洋锋预报的需求十分迫切。回顾总结了国外海洋锋预报的进展,集中介绍了黑潮锋、冰岛—法罗群岛锋、湾流锋和墨西哥湾锋面涡旋的预报方法和现状,最后对如何开展中国近海海洋锋预报提出思考和展望。     

海洋重要水文参数的卫星遥感反演研究综述

经过近50年的发展,海洋卫星遥感日益成熟,各种反演算法和数据集应运而生,大大推动了海洋水文过程的研究。围绕与海洋水文相关的重要物理参数,简要回顾了海面高度、海水深度、海表洋流及海水质量变化的卫星遥感反演基本原理、主要算法以及存在的难点和前沿性研究问题,介绍了应用遥感反演算法制成的全球海洋水文参数主要数据集,并结合目前存在的问题探讨了卫星遥感反演海洋水文参数的发展趋势及所面临的挑战。研究发现,运用多卫星、多通道、多模式的联合反演方法可以显著地提升人们监测海洋水文参数时空动态变化的能力,必将成为未来全球海洋水文遥感的主要研究方向之一。     

国内外城市化水文效应研究综述

城市化等人类活动导致的土地利用方式的改变是城市生态学研究的重要内容之一,而由于城市化进程造成的城市水文效应是其重要的研究方向。本文通过介绍城市化的内涵以及城市化水文效应国内外的最新研究进展,归纳了城市化导致的城市水文效应的主要研究方向和内容,具体包括城市化对径流、蒸散发等各种水文要素及其水质的影响,并针对目前城市化水文效应的研究方法—流域对比实验法、水文特征参数法和流域水文模型法进行了总结,最后指出了当前城市化水文效应研究中存在的问题和不足,对未来的研究趋势进行了展望。     

海洋次表层叶绿素最大值的特征因子及其影响因素

在多数情况下,海水中叶绿素垂直分布是不均匀的。次表层叶绿素最大值是其中较为常见的一种形式,普遍存在于大洋及沿岸海域。次表层叶绿素最大值层(SCML)的深度、厚度与强度是表征海洋次表层叶绿素最大值(SCM)现象的主要特征因子,受海洋水文环境、营养盐分布以及浮游植物种类等因素共同影响,在不同季节不同海区的分布有较大差异。总体上,相对近海,大洋中SCML特征因子的季节变化较小,SCML深度较大,厚度较大,强度较小。寡营养盐海区SCML深度及强度的影响因素研究已有较明确结论,SCML深度主要受物理因素(光照条件及水体混合程度)影响,而强度则受物理、生物因素(光照条件、水体混合程度或浮游动物摄食等)共同影响。近海富营养盐海区,SCML特征因子的影响因素研究较为薄弱。长时间序列、高分辨率观测站在相应海区的建立,对推进海洋SCM,尤其是近海SCM的研究有重要意义。卫星观测、现场观测和数学模型相结合,定量研究SCML特征因子与各物理、生物、化学因子的普适性关系,是进一步研究SCML特征因子的重要方向之一。     

未来江苏中部沿海相对海面变化预测

相对海面变化是由全球绝对海面变化和区域性地面和海面因素共同控制。通过对江苏沿海近几十年来的潮位记录的分析,得出江苏沿海近期的相对海面变化速率。在此基础上根据近期绝对海面的变化速率计算出局地因素对江苏沿海相对海面变化的贡献量。在假设未来局地因素影响基本不变的前提下与IPCC对未来100年绝对海面的变化趋势 进行叠加,预测了江苏沿海未来相对海面变化的趋势。结果显示,江苏中部沿海海面在2000-2100年的100年间将上升15～152 cm,较IPCC对同期全球平均海平面上升的预测结果大的多。最后就区域性海面气压对相对海面变化的影响进行了讨论。     

中国东部沿海地区的近代地壳垂直运动

对中国东部沿海地区利用50年代至80年代的精密水准复测资料,在均衡基准下研究了近代地壳垂直运动。用速率面拟合法由计算机绘制了速率等值线图,并结合区域地质构造、古海岸变迁,分区讨论了东部沿海地区的近代地壳垂直运动特征。为研究海面变化对中国东部沿海地区的影响提供了依据。     

质量平衡法——定量恢复新生代青藏高原造山作用

青藏高原的形成演化及其对东亚地形，水文分布，季风起源，全球气候变化，海洋化学组分改变等的影响，一直是全球地质学家关注的热点，然而由于定量研究方法的缺乏，一些关键性的问题一直悬而未决，质量平衡法的提出为解决这一困境提供了新思路，阐述了质量平衡法的原理，并以Metivier等对西藏高原地区，东亚，印度支那和印度板块地区的研究为例，介绍了质量平衡法的应用，同时对存在的问题进行了较为详细的讨论，为进一步研究指明了重点。     

冬季黑潮延伸体海域海洋涡旋影响局地大气强对流的研究

黑潮延伸体海区是冬季西北太平洋向大气加热的关键海区。前人研究表明活跃在黑潮延伸体海区的海洋涡旋会通过影响海表面温度而影响海面风。回顾了最近几年该海域海洋涡旋影响局地大气的研究成果,重点从船测探空资料、卫星观测资料和模式数值实验3个方面分析和比对了已有的研究成果,依据该海区海洋涡旋导致大气异常的地转适应理论,得到了如下新的科学推论:海洋涡旋上空大气运动较慢时,大气对海洋涡旋的响应表现以气压调整机制为主,海洋涡旋的影响常常被限制在大气边界层中;海洋涡旋上空大气的运动较快时,大气对暖(冷)涡的响应以垂直混合机制为主,海表面风速在暖(冷)水上加(减)速,海表面风强辐合出现在暖水的背景风下游一侧,并从暖水上空携带了大量水汽;通过水汽凝结与海面辐合上升之间的正反馈机制,为导致大气中出现强对流提供了必要条件。该推论将有利于进一步定量刻画海洋涡旋对大气的影响。     

中国全新世中期的高海平面

根据中国沿海全新世海进海退时代的一致性及对渤海沿岸平原、苏北平原和长江三角洲平原的牡蛎礁、贝壳堤底板和海侵层项板等古海面标志物的高程、年代及其与古海面关系的分析对比,消除了地壳运动的影响。本文认为中国沿海全新世中期5000—7000aBp存在着+2—+3m的高海平面,它是当时全球温暖气候通过海水温度—体积效应造成的全球平均海平面变化(eustatic change)的反映;同时区域大地水准面的垂直变化和水平移动对海平面的影响值得深入研究;此外大陆径流量,沿海降水量季及风环流的变化也可能对沿海海平面产生过一定影响。     

末次盛冰期东亚气候的成因检测

在国际古气候模拟比较计划设置的标准试验方案下,首先利用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式（IAP-AGCM）模拟了末次盛冰期东亚气候状况,然后通过4组数值敏感性试验逐一模拟了大气CO₂浓度、海洋表面温度（SST）和海冰、陆地冰盖和地形、东亚植被变化4项强迫因子的单独气候效应,进而对末次盛冰期东亚气候的成因进行了检测。结果表明,末次盛冰期除华南局部略有升温外,中国年均地表气温显著降低,降温幅度总体上向北增大,青藏高原处存在一个降温中心。其中,SST和海冰变化是华南局部略偏暖的主因,它同时导致了东亚其他区域地表气温的显著降低,特别是在东北亚地区;陆地冰盖和地形变化对于东亚地表气温的显著冷却作用主要体现在东亚的西北部;大气CO₂浓度降低会引起东亚地区0.2～0.9℃的普遍降温;相对而言,东亚植被的降温作用（0.5～1.0℃）主要显现在中国40°N以南的区域。与此同时,SST和海冰变化能引起中国东部年均降水一定程度的减少,而大气CO₂浓度、陆地冰盖和地形、东亚植被单独变化均不会显著影响东亚年均降水的分布状况,然而,上述四项因子的共同变化会通过协同作用引起中国东部年均降水的显著减少,西部地区降水则与现在差别不大。此外,末次盛冰期东亚夏季风的显著减弱源于SST和海冰变化,冬季风变化则可归因于SST和海冰、陆地冰盖和地形的变化。     

陆海统筹地形地貌综合编图方法研究

由于陆海地形数据在调查程度和精度上存在较大差距,地形图件陆海联编较为困难。系统梳理了海岸带地形地貌陆海统筹的复杂程度,总结了陆海联编地形图的基本原则,探讨不同情况下陆海地形数据的无缝拼接方法和图件编制的主要要素。以南通陆海统筹地形地貌综合图为例,按照成果类型综合归类,进行地形、地貌、坡度、冲淤变化等信息的综合集成,绘制陆海统筹的地形地貌综合成果图,通过1张图即可查询。陆海统筹地形地貌综合成果新的展现形式,有利于成果的查询和实际应用,供后期开展相应的陆海图件联编参考。     

两种数值模式资料的平均海平面气压和地面风速在中国区域的评估

利用中国气象局国家级自动站(2 421个)的观测资料, 分别对2012年的ECMWF(欧洲中期数值预报中心)和JMA(日本气象厅)数值模式资料的平均海平面气压和地面风速在中国地区的适用性进行了对比研究.结果表明:两种数值模式资料均能在一定程度上反映观测资料所具有的时空分布特征, 东部地区的适用性均要高于西部地区. 对于平均海平面气压, 在西南地区JMA比ECMWF资料更接近实际观测; 而在其他地区, 两种数值模式资料都较接近实际观测, 冬季的结果比夏季好. 对于地面风速, 这两种数值模式资料各具优势.在中国东南部地区, JMA相对于ECMWF的地面风速资料更接近实际观测值, 而在中国西部地区, 则相反.就8个时次的年变化而言, ECMWF资料的年变化趋势与观测资料更为一致, 而JMA资料的地面风速大小与观测资料更为接近.     

分布式布里渊光纤传感技术在海堤沉降监测中的应用

阐述了海堤沉降长期在线监测的重要性,介绍了利用分布式布里渊光纤传感技术（布里渊光纤应变仪BOTDR）对上海临港新城海堤k3+640和k3+780两个断面进行长期监测的系统设计、实施和监测结果。通过对k3+780断面光纤传感数据和水准观测数据比对表明,最大应变位置与现场冲泥管带位置吻合;计算得到了断面沉降分布,其趋势和现场情况以及水准测量结果吻合;5个原位观测点上最大偏差为94 mm,平均偏差为39.2 mm。     

Modelling the geoid and sea-surface topography in coastal areas

This paper looks at the relation between the time-averaged level of the sea surface and a gravimertic geoid, as determined in coastal areas. Measurements in local regions can now be accurate enough to demonstrate that the geoid and mean sea level are not even parallel to each other, let alone identical. The accuracy and pattern structure of surface gravity data in some shelf seas is comparable with those on land, so that a marine geoid can be derived from surface data without using satellite altimetry. The geodetic objective is then to combine the two to determine sea surface topography. In principle, gravimetric studies provide the absolute datum so that local oceanographic models on the shelf can be combined with sea surface topography models related to the global ocean circulation. In contrast, sea surface topography information near deep ocean coasts must come from external sources and satellite altimetry used to give the gravity data needed to offset the less good coverage by ship-borne gravimetry.Marine Bouguer anomalies enable two specific problems of gravity anomaly patterns near the continent ocean transition to be overcome. The necessary extension of Stokes' condensation reduction is developed and illustrated along a north-south profile from the Mediterranean across the Cote d'Azur. The effect on gravity of deep ocean water introduces a geoid correction in the form of a dipolar ridge whose amplitude at the shore is about 11 cm. In addition to geostrophic currents, a semi-quantitative model for the thermohaline effects on sea surface topography is discussed in relation to sea level differences between the Atlantic and Mediterranean.In considering appropriate algorithms for local geoid computation, Kirby's Iterative Fourier Combination routine for combining altimetry and surface gravity is extended to account for global sea surface topography. The impact of very fast spherical harmonic analysis algorithms is discussed and a simple physical model is given which explains the short coherence lengths found for the global gravity field. This necessary assumption for any local geoid computation was hitherto purely empirical.Finally, the use of land data such as tide gauges, ellipsoidal heights from GPS, and orthometric heights from first order levelling are reviewed as ways of corroborating geodetic estimates of sea surface topography and its relation to levelling datums. Successful examples are given from southern England.     

南海海泥中甲烷水合物生成特性的实验研究

在定容条件下,实验研究了甲烷水合物在含水量不同的多孔海泥中的生成特性。所使用的海泥平均孔径为12178 nm,总孔容为4997×10-2 ml/g,比表面积为16412 m2/g。所用海泥样品含水量为40%,实验的温度范围为27415~28115 K,初始生成压力范围为102~144 MPa。实验结果表明,甲烷水合物在海泥中的生成速率以及气体消耗量随着初始压力的增加而增大,随着温度的降低而增大。海泥的复杂孔隙结构能够促进水合物的成核,但会降低水的最终转化率,其作用随着温度的升高与压力的降低而增大。     

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。     

Investigating the sensitivity of the Atmospheric General Circulation Model ECHAM 3 to paleoclimatic boundary conditions

We present atmospheric simulations of three different time slices of the late Quaternary using the ECHAM 3 general circulation model in T42 resolution. In this work we describe the results of model runs for the time slices 6000 years BP (last climate optimum), 21 000 BP (last glacial maximum) and 115 000 years BP (glacial inception). Although the solar insolation is known for all time slices, a complete data set of the other boundary conditions which are necessary for running the atmospheric model exists only for the last glacial maximum in the form of the CLIMAP reconstruction. For the other two time slices, which are interglacial states like the modern climate, sea surface temperatures, land albedo and ice sheet topography are kept at modern values and only the solar insolation is changed appropriately. The response of the model to solar insolation changes is quite reasonable. The modelled anomalies are small and roughly opposite in sign for 6000 BP and 115 000 BP, respectively. In the case of last glacial maximum, the glacial ice sheet topography and ice albedo produce a much larger climate anomaly in the model. However, to enable a real test of model performance under glacial boundary conditions, the CLIMAP sea surface temperatures, which are now known to be partly inaccurate, should be replaced by an updated “state-of-the-art” reconstruction.     

10 Be在大洋边缘海洋学中的应用及模型

主要讨论宇宙射线成因核素¹⁰Be（T _1/2＝ 1．5Ma）在大洋边缘海洋学尤其是中国近海海洋研究中的应用。在过去的近20年中，在中国开展的¹⁰Be研究在黄土堆积年龄及地层对比方面获得了诸多成果，但在海洋方面的应用研究距国际水平仍有一定的差距，尚需进一步加强。综述了海洋环境中¹⁰Be作为一个地球化学示踪剂的研究现状，着重介绍¹⁰Be在中国东部海域的收支平衡模式以及讨论¹⁰Be在太平洋西部边缘海及岛弧地区的应用前景。