基于MPI的LAGFD-WAM海浪数值模式并行算法研究

在LAGFD-WAM海浪串行数值模式基础上,利用MPI信息传递机制实现其并行化。通过对模拟区域合理划分,对数据采取分块加载,实现了各个节点的负载平衡;通过对算法的改进实现了粗粒度计算,大幅度减少了通信量,从而提高了程序的执行效率。对串行计算和并行计算的效率比较表明,本文建立的方法能够得到较高的加速比。对全球海浪模式,加速比和CPU数目大致呈线性关系。对高分辨率的区域海浪模式,在128 CPU条件下加速比可以达到91.9。     

C网格嵌套技术及其在海洋波动传播模拟中的应用

采用粗细嵌套的ArakawaC网格模拟Klevin波和Rossby波沿赤道传播的过程，研究在粗细网格嵌套边界产生数值振荡和反射的原因及其消减方法，得到合理的并能用于复杂海洋模式的ArakawaC网格下的嵌套方案。数值实验结果表明：波形在粗细网格边界产生数值振荡的原因是波形在不同分辨率下的形态有差异，在粗网格下波形趋向于平坦化，而细网格下趋向于锐化。采用双向嵌套和粗细网格交界处加松弛的方法可以有效地消减数值振荡和反射。     

红外和水色遥感资料同化研究设想

本文指出卫星红外及水色遥感资料同化研究，需要建立在中尺度分辨力大洋热力动力准地转运动与上混合层运动耦合数值模式的基础上，利用该耦合模式可进一步研究中尺度温度结构及相应运动场的形成、演化和统计特征，使该模式具有温度场预报应用的价值，并得到诸如叶绿素、悬浮泥沙等水色要素在空间场的分布，且使温度场和水色要素场与动力环境相协调。该项研究对卫星海洋学发展有深刻的理论意义和潜在应用前景。     

海底地形和沿岸流对长江冲淡水分布的影响

利用笔者建立的描述河口陆架水相互作用的层化模型作进一步分析可以证实,河口偏转临界值随泄流量的增加而减小,因而作为背景场的苏北沿岸流虽然不能在冬季改变长江冲淡水固有的右偏趋势,却有可能在夏季诱导冲淡水左偏,进而由于长江口右侧海盆地形感应闭合的逆时针环流,它迫使冬季右偏的冲淡水更靠近岸边,诱导夏季左偏的冲淡水流线畸变,有平行于海水等深线的趋势,这一结论与观测结果基本一致.     

弱地形上内潮生成问题——Ⅱ.粗糙地形情况下水深对内潮能通量的影响

前人在讨论水深对内潮能通量影响的时候得出结论:有限深海洋中海面对内潮的反射使得正压潮向内潮的能量转化相比较无限深海的情况显著降低,对于选定的地形,在无限深海假定下得到的能通量是该地形上内潮能通量的上限。鉴于前人所研究的基本上都是平滑的地形,而实际的海洋地形总是比较粗糙的,本文探讨了粗糙地形上内潮能通量随水深的变化。选取了弦函数地形、随机白噪声地形、弦函数地形叠加在高斯地形之上、随机白噪声地形叠加在高斯地形之上和随机白噪声地形与弦函数地形同时叠加在高斯地形之上5种情况进行了研究,发现对于这5种情况,都存在海洋有限深时的能通量大于无限深假定时的能通量,这说明前人得出的"有限深海洋中海面对内潮的反射使得正压潮向内潮的能量转化相比较无限深海的情况显著降低"的结论对于粗糙地形并不适用。     

太平洋波高熵的分布变化规律研究

使用1992年IO月到1998年12月连续共75个月、230个重复周期的Topex／Poseidon卫星高度计有效波高资料，对南、北太平洋波高熵的空间分布特征和时间变化规律进行了研究。统计分析了太平洋波高熵的多年的空间分布特征和多年各月的时间变化规律。结果表明，太平洋波高熵呈现出中间低、南北高的马鞍形空间分布特征和明显季节变化的规律，与太平洋的平均有效波高和气候分布特征和变化规律相一致。给出了南北太平洋模拟波高熵的计算公式及计算稳定性检验。     

FIO-ESM气候模式北太平洋海表温度和降水的季节性预报技巧评估

The seasonal prediction of sea surface temperature(SST) and precipitation in the North Pacific based on the hindcast results of The First Institute of Oceanography Earth System Model(FIO-ESM) is assessed in this study.The Ensemble Adjusted Kalman Filter assimilation scheme is used to generate initial conditions, which are shown to be reliable by comparison with the observations. Based on this comparison, we analyze the FIO-ESM 6-month hindcast results starting from each month of 1993–2013. The model exhibits high SST prediction skills over most of the North Pacific for two seasons in advance. Furthermore, it remains skillful at long lead times for midlatitudes. The reliable prediction of SST can transfer fairly well to precipitation prediction via air-sea interactions.The average skill of the North Pacific variability(NPV) index from 1 to 6 months lead is as high as 0.72(0.55) when El Ni?o-Southern Oscillation and NPV are in phase(out of phase) at initial conditions. The prediction skill of the NPV index of FIO-ESM is improved by 11.6%(23.6%) over the Climate Forecast System, Version 2. For seasonal dependence, the skill of FIO-ESM is higher than the skill of persistence prediction in the later period of prediction.     

胶州湾潮汐潮流动边界数值模拟

基于普林斯顿海洋模式,通过干湿网格判别法引入潮汐潮流的漫滩过程,考虑M₂,S₂,K₁,O₁,M₄和MS₄六个主要分潮,建立了胶州湾潮汐潮流数值模拟和预报模型,研究了该海域潮汐潮流特征,并讨论了漫滩对潮流模拟的影响。与实测资料的对比验证表明,该模式能够对胶州湾的潮汐和潮流做出较为合理的预测。给出了胶州湾潮汐、潮流、余流等分布特征,模拟的潮流场以及余流场涡旋等现象与观测符合良好;计算了潮波能通量,从能量角度探讨了潮波的传播特性;对潮位与潮流场演变规律,以及潮能通量的分析表明,胶州湾内的潮波以驻波为主。通过数值试验发现,漫滩过程的引入对胶州湾潮流速度的模拟至关重要,不考虑漫滩过程的模式会夸大或者低估潮流流速。对于滩涂面积广阔的海域来说,潮流数值模式中考虑漫滩的影响是必要的。     

历次核试验进入海洋的~(137)Cs对中国近海影响的模拟研究

1945年以来,世界各主要核国家进行了数千次核试验,这些核试验产生的绝大部分放射性物质通过多种途径进入海洋,对海洋环境造成放射性污染。本文建立了一个准全球海洋的放射性物质输运和扩散数值模式,通过数值模拟手段评估了历史核试验释放的放射性物质137 Cs对中国近海海洋环境的影响。本文借助前人工作评估了核试验释放137Cs进入海洋的途径和总量;通过比较模拟结果与观测资料,表明本文建立的放射性物质模式能够较好地模拟出137Cs在中国近海及其邻近海域的分布情况和随时间演变特征;模拟结果表明中国近海里的137Cs浓度在20世纪50年代中期达到最大,其中吕宋海峡海域137Cs浓度最高,达80.99Bq/m3;进一步分析了2011年3月份日本福岛核事故前中国近海137Cs浓度分布状况,2011年整个中国近海137Cs浓度介于1.0~1.6Bq/m3间,且其浓度垂向分布较均匀,相对封闭的南海浓度略高于其他海域。     

吕宋海峡内波吸引子的三维数值模拟

Internal waves propagate along wave beams that are inclined with respect to the horizontal plane. It is conjectured that the internal waves generated in the Luzon Strait may be confined between the double ridges in the strait and concentrate to a closed trajectory, the so-called internal wave attractor, due to the reflection of wave beams from the lateral boundaries, sea surface and bottom. This work carried out two experiments using a three dimensional non-hydrostatic general circulation model, MITgcm, to investigate the possibility that the ridges in the Luzon Strait allows for internal wave attractors. Baroclinic current in both of the experiments demonstrate the forming of ring-like patterns in some section around 20° and 21°N, indicating that the development of the internal wave attractors are allowed in the Luzon Strait. The different resolutions and initial conditions in the two experiments also reveal that the internal-wave-attractor phenomenon is robust in this region.