Estimation of Wind Wave Frequency Spectra by Use of the Arcsine Law

In the present study,the surface elevation of wind waves oberved in laboratory and in the Bohai Sea are adopted for the estimation of the wind wave frequency spectrum by use of the method of the arcsine law(MAL).The traditional method uses the surface elevation to calculate the correlation and then estimate the frequency spectrum while the MAL,presented by Yu and Lan(1979),uses the time sequence of zero-crossing points of surface elevation rather than directly the surface elevation to calculate the correlation.66 sets of wind wave data obtained in laboratory and 420 sets of data observed in the Bohai Sea are adopted for the examination of the method introduced by Yu and Lan.Results show that the MAL can give reliable estimation of wind wave spectra.Correlation and form of spectra estimated by the MAL are similar to those estimated by the traditional method.The peak frequency and the spectral density in peak frequency by the MAL are close to those obtained by the traditional method.     

两种湍流参数化方案针对水体温度演变过程的模拟与比较

依据山东跋山水库的观测数据,采用MY2.5参数化方案和κ-ε参数化方案在不同的表面边界条件下模拟观测的温度剖面演化过程。模拟结果显示,在风应力强迫的表面边界条件下,采用这两种参数化方案的模拟结果差别不大;当考虑Mellor和Blumberg的波浪破碎表面边界条件时,采用MY2.5参数化方案的模拟结果没有明显的改善,但采用κ-ε参数化方案的模拟结果有明显的改善,得到与观测相符的模拟结果。     

海洋表层温度对台风"蔷薇"路径和强度预测精度的影响

基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),首先对2007年3次船舶辐射通量观测进行模拟,以检验WRF对长波和短波辐射通量的模拟能力,结果表明使用中国近海海洋环境数值预报系统环流模式POM(Princeton Ocean Model)模拟的高时空分辨率的海洋表层温度能够显著改进短波辐射通量的模拟,而对长波辐射通量模拟的改进不明显。然后,将业务化运行的中国近海海洋环境数值预报系统后报的逐时海洋表面温度(SST)作为WRF底边界条件,对2008年15号强台风"蔷薇"(Jangmi)过程进行了数值后报试验。结果表明,与使用NCEP/NCAR的SST试验后报的台风中心位置偏差相比,使用高时空分辨率的SST能够较为显著地改善"蔷薇"的路径模拟,台风中心位置模拟偏差减少11%,尤其在台风减弱阶段,台风中心位置模拟偏差减少37%。台风强度在台风发展的不同阶段对下垫面SST的变化敏感性不同。台风路径附近的海表面温度下降会导致海洋向大气输送的热量减少从而减弱台风强度。     

全球海洋碳循环三维数值模拟研究

基于海洋环流模式POP和生物地球化学模型OCMIP-2,建立了全球海洋碳循环模式,并用于对全球海洋碳循环的模拟研究。该模式在大气CO₂为283×10-6条件下,积分3 100 a,达到工业革命前的平衡态。在此基础上,用历史时期观测的大气CO₂浓度进行强迫,模拟了历史时期的海洋碳循环。模拟的无机碳浓度、总碱度与基于观测得到的结果基本一致,模式能够较好地模拟全球碳循环过程。模拟结果表明,在北半球中高纬度和南半球的中纬度,海洋是大气CO₂的主要汇区;在赤道南北纬20°之间和南大洋50°S以南,海洋表现为大气CO₂的源区。在1980s海洋吸收CO₂速率(以C计)为1.38 Pg/a,1990s为1.55 Pg/a。海洋中人为碳在北大西洋含量最大,向下到达海底并向南输运到30°N附近;在南极附近,浓度较小,深度达到3 000 m;在中纬度,人为碳被限制在温跃层以上。     

基于非规则类矩形剖分的高效并行海浪数值模式

针对MASNUM全球海浪数值模式,设计了一种负载近绝对均衡的非规则类矩形剖分及计算格点序列化排序与交换方案,建立了高效并行海浪数值模式.基于国家超算济南中心的神威蓝光平台,对建立的全球并行海浪模式进行了1°×1°,(1/2)°×(1/2)°,(1/4)°×(1/4)°和(1/8)°×(1/8)°四种不同水平分辨率的无IO并行测试,测试规模达到131072进程.测试结果表明:随着进程数目的增多,四种分辨率并行模式的计算速度均在提高.当进程数目为基准进程数目的4倍时,四种分辨率的加速效率均在80%以上;当进程数目达到8倍基准进程数目时,1°×1°,(1/2)°×(1/2)°和(1/4)°×(1/4)°三种分辨率加速效率都还在80%以上,而此时(1/8)°×(1/8)°分辨率使用131072进程的加速效率仍可达62%;当进程数目为24倍基准进程数目时,1°×1°分辨率的加速效率可达72%,(1/2)°×(1/2)°分辨率的加速效率为62%,而此时(1/4)°×(1/4)°分辨率使用98304进程的加速效率仍可达到38%.从加速比和加速效率来看,采用非规则类矩形剖分的并行方案可以使得全球海浪数值模式具有高并行效率.     

长江口海域赤潮生态动力学模型及赤潮控制因子研究

基于中日使用长江口海域生态围隔的试验数据,建立了长江口海域六分量赤潮生态动力学模型,并用海上实测数据进行了检验。进而详细讨论了营养盐及光照强度对赤潮形成的。结果表明,此次海洋生态围隔试验加入营养盐无机磷所达到的浓度对于诱发该赤潮过程是适宜的。随着初始浓度的降以一定程度便不再影响叶绿素浓度分布。当光照为原光照强度的５０％时,叶绿素浓度最高可达３５μｇ／Ｌ。长江口海发生我机氮和无我营养盐浓度阈值分别为     

东海东南陆架外缘冬、夏季实测海流FFT分析

使用FFT法首次将东海陆架冬、夏季2次定点ADCP测流资料在频率域内分解成3个部分：不随时间变化的定常海流、周期为6～25h的潮流和剩余流,再将潮流分解为垂向均匀的全流(也称正压潮流)和剩余的斜压潮流。结果表明：夏季测站定常海流、潮流和剩余流能量分别占总能量的5．3％,93．9％和0．9％,而冬季测站分别占10．8％,80．9％和8．4％。夏、冬季测站的斜压潮流与正压潮流能量之比分别为20．7％和4．1％。     

全球海洋高频波动主振荡周期的纬向带状分布特征

基于1992年10月至2000年12月的TOPEX/Poseidon和ERS-1/2卫星高度计资料,分析了周期短于150d的高频波动及其能量的空间分布特征.在功率谱密度计算基础上,分析特定频段所含能量占周期短于150d的高濒波动总能量的百分比,发现该频段最强振荡(下文称主振荡)所对应的周期从近赤道的1个月逐步增加至南北纬30°附近的4个月,进一步分析表明主振荡周期的这种变化是连续的,与西向行星Rossby波的相速随纬度增加而变慢相对应.主振荡所对应的周期在全球海洋中呈显著的带状分布.进而表明在14°N(S)附近60d周期的振荡除通常所认为的由于潮汐混淆所造成的虚假信号之外,主要是行星Rossby波形态的真实信号.     

浪致混合对2016年北太平洋海表温度季节性预测的影响

上层海洋通过海气交换影响大气-海洋耦合系统，海浪引起的垂向混合影响上层海洋结构，从而在气候预测过程中发挥着重要的作用。本文基于国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式（FIO-ESM），以2016年为例，分别开展了耦合和关闭海浪模式情况下的短期气候预测实验，分析浪致混合对北太平洋海表温度（SST）季节性预测的影响。通过对模式预测的SST异常（SSTA）进行定量评估发现，浪致混合能够显著降低北太平洋高纬度海区预测误差，在（45°N，150°E）附近海区SSTA改善可达1℃，气候模式能够更好地预测SSTA的经向分布特征，特别是能够准确地反映25°~45°N海区SSTA分布特征。通过分析有浪和无浪两个实验的热收支贡献发现，垂向混合是导致上层海洋温度差异的主导影响因子。海浪通过改变垂向混合，使2016年北太平洋SST在高纬度海区大幅降低，在低纬度海区略有升高，最终提升了模式对北太平洋SST的季节性预测能力。     

一种用于海洋层化数据的插值方法改进

海洋环境调查数据的客观分析图像是调查结果的直观体现,也是进一步科学研究的基础。在环境要素空间分布复杂的近海海域及陆架坡区,我们发现利用现有插值方法得到的结果有时会出现之前没有被关注到的局部异常,如常用的Kriging方法或三角网线性插值方法插值得到的图像有时会出现或轻或重的"藕"状或"台阶"状的层化结构异常。本文提出一种针对原始数据采用坐标变换方法,并联合使用三角网线性插值法和Kriging法两种方法进行数据插值,从而有效地避免了类似"藕"状或"台阶"状的层化结构假象,解决了插值方法在海洋环境调查数据插值过程中遇到的一个实际问题,也是对现有插值方法的一种补充。