解析四维集合变分参数优化方法研究

传统的四维变分数据同化方法在同化观测资料的同时可以对数值模式参数进行优化,然而传统的四维变分方法需要针对不同的数值模式编写特有的伴随模式,因此算法的可移植性差,同时计算时耗费大量资源。本文提出了一种新的基于解析四维集合变分的参数优化方法,该方法以迭代搜索得到的模式参数为基准展开扰动并构建样本集合,由此显式地计算协方差矩阵,并得到代价函数极小值的解析解,从而避免了伴随模式的使用。基于Lorenz-63模型对该方法进行单参数和多参数数值试验和优化效果检验,并在不同的同化时间窗口长度和观测采样间隔情况下,采用传统四维变分方法与之进行对比,结果显示,新方法表现出与传统四维变分相同的优化性能,都能有效收敛到真值,而新方法不需要计算伴随模式,可移植性好。本文还测试了不同的集合成员个数和模式参数真值的情况下新方法的同化效果,结果表明,新方法对集合样本个数及模型参数真值不敏感,采用较少的集合样本即可完成数据同化。     

铵胁迫对狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)生物量分配和形态的影响

选取了两种常见的沉水植物狐尾藻和金鱼藻,通过测定其单株生物量、株高、根生物量/单株生物量、茎生物量/单株生物量和叶生物量/单株生物量,研究这两种沉水植物在2 mg/L的铵态氮持续处理4 d以及铵态氮胁迫解除后的生长情况.结果表明:铵胁迫阶段,与对照组相比,处理对狐尾藻各测定参数均无显著影响,而使金鱼藻株高显著增加.在铵胁迫解除阶段,与对照组相比,处理组狐尾藻单株生物量增加不显著,而金鱼藻单株生物量显著增加;处理组2种沉水植物株高均显著增加;处理组狐尾藻叶生物量/单株生物量显著增加,而根生物量/单株生物量显著减少,茎生物量/单株生物量保持不变.认为高光照环境下(约400μmol/(m²·s)),水体中铵态氮浓度短时间内(4 d)适当增加对沉水植物生长没有抑制作用;金鱼藻对高铵态氮浓度水体的适应能力较狐尾藻强.     

路经南海热带气旋迅速加强的年代际变化

本文利用中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集、美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心大气再分析数据集和国家海洋信息中心的海洋再分析数据集,研究了路经南海热带气旋迅速加强(Rapid Intensification, RI)的年代际变化。在1951–2017年期间,路经南海的热带气旋主要发生在6–12月,其中发生RI的热带气旋集中在7–12月,且RI呈现年代际变化,这种变化和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)显著相关。在正PDO年,RI频数较少且主要分布在菲律宾群岛东部和南海北部;而在负PDO年,RI频数较多且分布在菲律宾群岛东部的大范围区域。路经南海热带气旋RI的年代际变化与PDO对大尺度海洋大气变量的调制有关。回归分析显示热带气旋潜热对路经南海热带气旋RI频数的年代际变化影响最大,而相对湿度的影响相对较小,垂直风切变的影响很小。     

抚仙湖沉水植物分布及其碳、氮和磷化学计量学特征

目前对于沉水植物碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量学的野外研究主要集中在中营养或富营养化水体,而对于贫营养水体中沉水植物C、N和P的积累特征研究较少.基于对贫营养湖泊抚仙湖沉水植物的调查,研究抚仙湖9种常见沉水植物C、N和P化学计量学特征及其种间和种内差异.结果表明:1)抚仙湖沉水植物主要分布在湖岸浅水区域,分布水深范围为0.5~14.0 m,平均分布水深为3.6 m;2)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量平均值分别为381.89、18.59和2.13 mg/g,N∶P比平均值为9.21,且C、N和P含量之间呈显著正相关;3)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量及C∶N比和C∶P比值种间差异大于种内差异,而N∶P比种内差异大于种间差异;4)抚仙湖沉水植物C含量和N:P比平均值要大于长江中下游一些富营养化湖泊的沉水植物,抚仙湖沉水植物的生长可能潜在地受到P的限制.     

电法在甘子河断裂对流型地热资源勘查中的应用

在青海甘子河地区,利用遥感解译分析研究区域构造和控热地质背景,配合使用可控源音频大地电磁测深、直流电测深、中梯测量和联合剖面测量等多种物探方法,所获结果相互验证,从地表到深部立体勘查逐步深入,避免了单一方法的片面性和物探的多解性,在地热勘查中探明了隐伏控热断裂构造带的部位和形态特征,为钻探提供了依据,有效降低了地热勘探风限,在青海地热勘查中取得了较好效果.     

集合调整卡尔曼滤波方法在M2分潮数值模拟中的水深估计研究

数据同化利用观测信息对模型状态场调整的同时也可以对数值模型中的不确定参数进行估计,从而改进数值模型,提高数值模拟的精度。本文基于集合调整卡尔曼滤波方法,采用广义坐标系统的美国普林斯顿大学海洋模式的外模式开展了渤海和部分黄海海域M₂分潮模拟中的水深估计研究。理想数据同化试验结果表明,集合调整卡尔曼滤波方法能很好地降低模式模拟的水位误差并反演出“真实”的水深参数。而在NAO.99Jb和验潮站数据的实际数据同化试验中,与验潮站数据相比较,水深参数估计后,模式模拟的M₂分潮振幅与迟角误差分别降低了40.27%和49.19%。     

A new version of regional ocean reanalysis for coastal waters of China and adjacent seas

A new regional ocean reanalysis over multiple decades (1958–2008) for the coastal waters of China and adjacent seas has been completed by the National Marine Data and Information Service (NMDIS) under the CORA (China Ocean ReAnalysis) project. Evaluations were performed on three aspects: (1) the improvement of general reanalysis quality; (2) eddy structures; and (3) decadal variability of sea surface height anomalies (SSHAs). Results showed that the quality of the new reanalysis has been enhanced beyond ～40% (39% for temperature, 44% for salinity) in terms of the reduction of root mean squared errors (RMSEs) for which the reanalysis values were compared to observed values in the observational space. Compared to the trial version released to public in 2009, the new reanalysis is able to reproduce more detailed eddy structures as seen in satellite and in situ observations. EOF analysis of the reanalysis SSHAs showed that the new reanalysis reconstructs the leading modes of SSHAs much better than the old version. These evaluations suggest that the new CORA regional reanalysis represents a much more useful dataset for the community of the coastal waters of China and adjacent seas.     

利用海冰密集度数据分析北极冰间湖变化

冰间湖内存在强烈的海-气相互作用和结冰析盐过程,在极区以及全球气候系统中起着重要作用。本文基于数字图像处理技术,从AMSR-E高分辨卫星遥感海冰密集度数据中提取了长时间序列的冰间湖变化信息,研究北极冰间湖内的净水面积、净水表面的净热通量(向上为正)、产冰量和产盐量的季节和年际变化,比较不同冰间湖区域之间的差异。研究结果表明:总净水面积分别在结冰初期和末期存在极大值,而由于总净水面积季节变化幅度不是很大,总产冰量和产盐量的季节变化主要受净热通量影响,在1月份存在极大值;在不同冰间湖区域内净水面积的季节变化中,进入结冰期越早的冰间湖内净水面积越快达到首次极大值;净热通量的年际变化趋势总体上是减小的,总净水面积是增加大的,其中靠近太平洋和大西洋入流口的冰间湖内净热通量减小的速率要比其他区域快,靠近亚欧大陆的冰间湖内净水面积增长速率要比其他区域大;总产冰量的年际变化同总净水面积基本一致,也是呈增加趋势。最后通过研究冰间湖的年际变化信息同海冰范围变化的相关性,发现如果连续多年冰间湖内年平均净热通量为负的异常,那么海冰范围将出现一次极小值。