热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应

热带西太平洋暖池是引发强烈的大气对流、驱动Walker环流和Hadley环流系统的主要热源之一,对全球、尤其是东亚气候有重要影响。针对我国在提升气候预测水平方面的重大和迫切需求,国家重点基础研究发展计划项目"热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应"于2011年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括:①调控暖池形成和变异的海洋环流多尺度相互作用过程;②海洋动力过程在暖池热盐结构变异中的作用及其机理;③暖池变异对不同类型El Nio影响机理的异同和对东亚季风变异的调制机理。围绕上述关键科学问题,项目将以暖池变异为中心,关注影响和控制暖池结构与变异的关键海洋过程,以及暖池海气相互作用影响ENSO循环、东亚季风年际变异的过程和机理,重点组织开展以下3个方面有针对性的调查研究:①热带太平洋环流和暖池的结构和变异特征;②热带太平洋环流与暖池相互作用的关键过程和机理;③暖池变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应。在此基础上,项目将力争阐明暖池影响东亚季风和我国气候变异的过程、机理与敏感区,改进模式的混合参数化方案,提出有效提高ENSO预报技巧的同化方案,为我国短期气候预测能力的提高提供科学支撑。     

Seasonal variation of the surface North Equatorial Countercurrent (NECC) in the western Pacific Ocean

The North Equatorial Countercurrent(NECC) is an important zonal fl ow in the upper circulation of the tropical Pacifi c Ocean, which plays a vital role in the heat budget of the western Pacifi c warm pool. Using satellite-derived data of ocean surface currents and sea surface heights(SSHs) from 1992 to 2011, the seasonal variation of the surface NECC in the western tropical Pacifi c Ocean was investigated. It was found that the intensity(INT) and axis position(Y_(CM)) of the surface NECC exhibit strikingly different seasonal fl uctuations in the upstream(128°–136°E) and downstream(145°–160°E) regions. Of the two regions, the seasonal cycle of the upstream NECC shows the greater interannual variability. Its INT and Y CM are greatly infl uenced by variations of the Mindanao Eddy, Mindanao Dome(MD), and equatorial Rossby waves to its south. Both INT and YC M also show semiannual signals induced by the combined effects of equatorial Rossby waves from the Central Pacifi c and local wind forcing in the western Pacifi c Ocean. In the downstream region, the variability of the NECC is affected by SSH anomalies in the MD and the central equatorial Pacifi c Ocean. Those in the MD region are especially important in modulating the Y CM of the downstream NECC. In addition to the SSH-related geostrophic fl ow, zonal Ekman fl ow driven by meridional wind stress also plays a role, having considerable impact on INT variability of the surface NECC. The contrasting features of the variability of the NECC in the upstream and downstream regions refl ect the high complexity of regional ocean dynamics.     

超声检测信号直达波衰减的Curvelet变换方法

利用超声脉冲回波法检测混凝土内部缺陷体时,由于介质的各向异性,使得接收信号中含有较强的结构噪声;同时,直达波信号振幅强,衰减少,传播路径短。上述原因导致难以分辨测量信号中的有效信号。为了压制噪声,去除直达波,采用了Curvelet变换对实测超声数据进行变换处理,分析直达波在Curvelet域的分布特点,得到其Curvelet系数,采用类似去噪的手段选取合适的阈值,重构得到滤除直达波的有效信号。同小波变换相比,Curvelet变换在去除直达波、滤除噪声的同时,较好地保留了有效信号。对比经过Curvelet变换处理前、后数据的SAFT成像效果表明,Curvelet变换能极大地提高超声无损检测数据分析的准确性。     

基于Curvelet变换的隧道裂隙水GPR数据处理研究

应用地质雷达探测隧道内部裂隙水的分布状况时,受隧道钢筋网的影响以及噪声干扰,导致探测信号中弱有效信号难以识别。Curvelet变换可以对二维信号从频率、角度和空间位置实现有效反射波和干扰波的分离及降噪处理,应用Curvelet变换对含钢筋网干扰的裂隙水模型的探地雷达模拟数据进行波场分离和降噪处理,在压制直达波、去除钢筋层反射信号及多次反射的基础上,可以有效地提取出含裂隙水所引起的反射波信号。将该方法应用到汝郴高速某隧道实测探地雷达数据中,较好地去除了钢筋层反射信号的影响,准确地判断出了裂隙水的空间分布位置,证明了所提出方法的有效性。     

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

基于OFES模式数据的北赤道流分叉研究

利用1957—2006 共50 年高分辨率的长时间序列海洋模式OFES(OGCM for the Earth Simulator)数据, 对北赤道流(NEC)的分叉规律及其与ENSO循环的关系进行了分析。结果表明: (1) NEC分叉纬度具有明显的季节和年际变化, 周期主要呈现为3—6个月的季节内振荡和2年、2—7年左右ENSO尺度周期振荡以及10年以上的年代际变化。在季节尺度上, 分叉位置春季偏南, 秋季偏北, 并且分叉纬度随深度的增加向北移动, 其北移幅度冬季最大, 夏季最小。而在年际变化尺度上, NEC分叉纬度具有较强的年际变化信号, 与ENSO循环密切相关, El Ni?o 年分叉位置偏北, La Ni?a年分叉位置偏南。(2)NEC分叉纬度的变化与北太平洋0—30°N之间的纬向风应力旋度积分零线位置密切相关, 零线的南北偏移导致了分叉位置的改变, 在不同深度上, 零线位置对分叉纬度改变的影响时间不同, 表层需1个月, 而500 m深度则需4个月左右。(3)NEC分叉影响着黑潮(KC)与(棉兰老流)MC的流量分配率, 其年际异常变化与冷、暖ENSO事件发生密切相关, 当El Ni?o发生时, KC流量分配率减少, MC 流量分配率增加; La Ni?a年情况则相反。     

混合Rossby惯性重力波致Lagrange余流

基于在一个连续层化条件下热带海洋波动的弱非线性动力学系统中建立的最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流协力学模型及由此导出的赤道波致Ｌａｇｒａｎｇｅ余流的一般解,导出了混合Ｒｏｓｓｂｙ惯性重力波第一斜压模态导致的最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流的表达式。从中发现,该波可产生纬向、经向和铅垂方向的Ｌａｇｒａｎｇｅ余流,其中水平分量与赤道中、东太平洋表层流速的年平均值（约５ｃｍ／ｓ）同量级;纬向和铅垂向余流关于赤道正对     

雅浦-马里亚纳海沟连接区深层流季节内变异的特征和机制

雅浦-马里亚纳海沟连接区东深水通道是太平洋深层经向翻转环流携带南极绕极水进入西太平洋的首要入口。基于高分辨率的再分析数值模型结果,研究发现该通道深层流速和温度具有显著的40～90d周期的季节内变异,且季节内变异强度随深度的增加而增加,进一步研究揭示地形罗斯贝波(topographicRossbywaves,TRW)是引起上述季节内变异的主要原因,TRW波解可以解释深层流和温度季节内振幅的垂向变化。通过建立全水体的动力关联研究发现TRW在不同时刻具有不同的能量来源,首先次表层强涡旋经过时可以通过位涡守恒激发深层的TRW;第二,大洋中层存在的强涡旋也可激发深层的TRW;第三,深层平均流可以主要通过正压不稳定过程向季节内TRW提供能量。     

汉中盆地地下水水化学特征及其成因研究

为研究汉中盆地地下水的水化学特征及成因，在丰水期共采集56件潜水样品，综合运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法，分析了汉中盆地地下水的水文地球化学特征、各化学参数的空间变化规律、主要离子的控制因素及来源。结果表明，汉中盆地地下水阳离子以Ca²⁺为主，阴离子以HCO₃^–为主。从离子空间变化规律上来看，K⁺波动最为剧烈，且从中下游开始逐渐降低，Cl^-和Na⁺变化规律一致，呈波动变化；HCO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺以及SO₄^2-的从中上游至中下游含量逐步降低，至下游含量增加；TDS值为128.5～590 mg/L，平均值为282.67 mg/L，在中下游含量明显增加；pH平均值为7.17，为弱碱性，在中上游波动剧烈，至下游逐渐降低。地下水水化学类型以HCO₃–Ca和HCO