基于JASON-1资料的南海海域海面风、浪场特征分析

南海海域地形复杂,风浪多变,由极端的水文气象条件引起的大风、巨浪等海况灾害频发,对航道运输、石油开发、海岸工程、军事活动等造成一定的影响.研究基于2002年1月15日至2012年2月15日共372周期的JA-SON-1 GDR数据,采用克里金插值法分析南海海域海面风速和有效波高的时空分布特征和季节变化规律,运用核密度估计法提取大风和巨浪灾害的高发区域,为航道运输安全和海洋工程建设等提供参考.结果表明,南海海域年均海面风速和有效波高皆从东北向西南方向呈舌状高值区,并逐渐向外减小;季均海面风速和有效波高均呈现秋冬高、春夏低的变化规律;大风高发区多集中于南海东北部海域、台湾海峡和吕宋海峡附近;巨浪高发区则位于东沙群岛以南、中沙群岛以北、西沙群岛以东、菲律宾以西这一海域.     

基于ASCAT散射计数据的2012年南极周边海面风场特征分析

利用2012年全年的ASCAT散射计风场数据,对55°S以南的南极周边海域海面风场开展了时空分布特性统计分析。结果表明:对于南极周边海域,7月平均风速最大,为12 m·s-1,12月平均风速最小,为8 m·s-1,冬季大于夏季;该区域平均风速主要在9—12 m·s-1之间,全年出现的天数280天,约占全年的77%;风速10 m·s-1所占比例也是冬季大于夏季。从全年来看,南极周边海域在冬季(4—6月)和春季(7—9月)风速普遍较大。该区域0°W—60°W海域内风速明显比其他海域要小。     

近45年全球海域波浪能资源研究及等级区划

基于来自ECMWF的资料将1957年09月---2002年08月风浪、涌浪分离的ERA-40 wave reanalysis,对全球海域的波浪能资源进行重新审视．充分依据涌浪具有能量大、稳定性好等优点,利于波浪能的采集与转换,从提高波浪能资源有效利用率的角度出发,综合考虑能流密度的大小、能级频率、能流密度的稳定性和长期变化趋势等,对全球海域的波浪能资源进行系统性研究,并构建一套波浪能资源评估系统,对全球海域的波浪能资源进行功能区划,为海浪发电、海水淡化等波浪能资源开发工作提供科学依据．     

青藏高原风季大风集中期、集中度及环流特征

利用青藏高原气象台站逐日最大风速数据和JRA-55再分析资料,通过引入集中期和集中度的概念,分析了1971—2012年高原大风在风季的分布形态及其环流背景。结果表明:青藏高原的大风天气在春季(3—5月)最多,在夏末秋初(8—10月)最少。1971—2012年,大风日数以14 d/10a的速度减少,同时大风日数的年较差也在缩小。大风集中期随纬度增大而延后,并且在近42年大体呈提前的趋势,从3月底4月初提前至2月底3月初。大风集中度则有增大的趋势,并取决于大风日数,大风日数越多,集中度越低。高原大风集中期受到急流系统经向位移的制约,2月和3月北非和西亚地区的副热带急流以及4月中层西风带偏南时,伴随着副热带气压偏低,青藏高原春季大风天气偏多,大风集中期偏晚。反之,大风天气偏少,集中期偏早。大风集中度的大小则与中亚和高原地区2—4月副热带急流强度有关,2月和4月副热带急流偏弱、3月急流偏强时,大风日数集中在3月,集中度较高。反之,集中度较低。春季(3月)高原大风天气是冷、暖空气系统共同作用的结果,高原东部的大风天气多受北方冷空气系统影响,高原西部的大风天气多受南方暖空气系统影响、以西南风为主。     

2002年1月份南极普里兹湾海域南极磷虾(Euphausia superba Dana)的丰度和种群结构研究

对2002年1月份在南极普里兹湾海域三条断面(68.5°E、70.5°E和73°E)用IKMT网采集的幼体后期南极磷虾(E.superba)的水平分布和种群结构进行了研究。南极磷虾主要位于64°S以南的海域,64°S以北磷虾数量很少。南极磷虾的平均丰度和生物量分别为68.85 ind.1 000 m-3和24.16 g.1 000 m-3,丰度和生物量最高的4个站位均位于深海区。调查海域内南极磷虾的体长范围在30—53 mm之间(N=1 758),平均体长为38.45±3.68 mm(SD)。南极磷虾的雌性比例接近1∶1,雌体占47.6%(次成体31.9%;成体5.7%),雄体占46.6%(次成体42.7%;成体3.9%),未成体占5.8%。南极磷虾种群结构存在地域差异,调查海域西部未成体比例较高、雄体发育状态较低,而东部情况相反;70.5°E和73°E的站位磷虾种群结构存在纬度差异,高纬度区域磷虾体长较短,雌雄比例较高;低纬度区域体长较长,雌雄比例较低。     

北极西北航道风能资源调查分析

针对北极西北航道及其战略支点建设既面临生态环境脆弱现状又对能源存在迫切需求的情况,提出评估、利用海上风能资源的建议。基于欧洲中期天气预报中心的风场资料,综合分析风功率密度,资源的可利用率、富集程度、稳定性以及资源技术开发量等要素,对西北航道的风能气候特征展开系统性研究。结果表明:该海域蕴藏着较为丰富且利于航道建设的风能资源,其中风能开发的优势区域为戴维斯海峡以东海区、阿蒙森湾海区以及帕里群岛至麦克林托克海峡的狭长海域(例如维多利亚海峡),而这几个海区也是西北航道通航的关键区域,上述区域在风功率密度的大小、有效风速频率、能级频率、资源储量以及变异系数等方面具有较为明显的优势,而且在长期变化中相关要素没有出现显著的衰退信号。     

中国第26次南极考察南大洋碳通量评估

南大洋是大气CO2的重要汇区,而近几十年来这个汇出现了明显变化并成为了研究的热点。利用中国第26次南极考察期间雪龙船绕南极航行所获得的现场碳及相关参数观测数据,分析推导出海水pCO2及其主控因子(叶绿素和水温)之间的经验关系,并结合相关卫星遥感数据建立遥感外推算法,计算南大洋50°S以南海区碳通量分布,评估该海区对大气CO2的吸收能力。计算结果表明,2009年11月从90°E到90°W(顺时针方向),50°—75°S海域为CO2输送大气的弱源,平均输入大气通量为9.482 mol·m-2·month-1,碳释放量为0.001 779 5×1015gC;2009年12月从90°W—90°E(顺时针方向),50°—75°S海域为吸收大气CO2的弱汇,平均碳通量为-12.451 mol·m-2·month-1,碳吸收量为0.026 656×1015gC。将经验关系推导至该月份的50°—75°S整个南大洋的计算中发现,2009年11月南大洋为大气CO2的源,碳释放量为0.002 789 6×1015gC;在2009年12月南大洋为大气CO2的汇,碳吸收量是-0.003 503 5×1015gC。相比之前我们所观测的结果,南大洋的碳汇吸收能力呈现明显下降。     

向极跨越70°N气旋的主要特征分析

北极地区以南生成并向北移动进入极区的气旋,在移动发展过程中常伴随大风、降水和升温等过程,对中低纬度地区物质和热量向极地输送起着重要作用,并对极区大气、海洋和海冰的变化产生一定影响。基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的1979—2015年的海平面气压再分析数据产品,利用气旋自动识别和追踪算法,开展气旋的识别和追踪,获得向极跨越70°N气旋的数量、强度、活动轨迹及北向运动纬距等主要特征如下:该类气旋在数量上,春、冬季多于夏、秋季,年总数量和春、秋、冬季均呈减少趋势;强气旋易发于冬季,弱气旋多发于夏季;该类气旋活动轨迹,冬季集中分布在海上,夏季在陆地上;该类气旋北向运动纬距整体平均为9.2°,冬季平均最大,为10.2°,夏季平均最小,为7.3°;在年际变化上,年平均和春、冬季平均呈增长趋势,夏、秋季平均呈减少趋势;在年代际变化上,年平均和夏、冬季平均从1979—1988年到1989—1998年阶段都是减小的,到1999—2008年阶段是增大的,其后再减小,春、秋季则无明显趋势变化。     

2002年1月份南极普里兹湾海域南极磷虾(Euphausia superba Dana)的丰度和种群结构研究

对2002年1月份在南极普里兹湾海域三条断面(68.5°E、70.5°E和73°E)用IKMT网采集的幼体后期南极磷虾(E.superba)的水平分布和种群结构进行了研究.南极磷虾主要位于64°S以南的海域,64°S以北磷虾数量很少.南极磷虾的平均丰度和生物量分别为68.85 ind·1 000 m-3和24.16 g...     

基于MM5模拟试验的新疆风能资源统计订正初探

 应用MM5模式以及1°×1°的NCEP再分析资料,对新疆风能资源“代表年”进行了3 km×3 km分辨率的模拟试验,同时将10 m高度的模拟值与气象站10 m高度的实测值进行了对比。结果表明：(1)模式能较真实反映年、月平均风速大小的空间分布特征,但存在一定的系统性偏差,且偏差的大小具有明显的月际变化特征与地域性变化特征。平均来说,夏半年的偏差幅度小于冬半年,大风区的偏差幅度明显小于非大风区,达坂城-小草湖风区、哈密东南部风区、三塘湖-淖毛湖风区的模拟偏差最小。(2)对各风区逐小时平均风速模拟值进行线性回归订正,虽能有效减小有些风区模拟与实测值间的风速偏差,但对有效风速小时数的订正效果极其有限,订正后的偏差仍具有随机性。（3）以月为单位,通过对逐小时平均风速模拟值立方的回归订正可有效减小年平均风功率密度的模拟误差,同时模式中逐小时的空气密度可直接以观测点的月平均空气密度取而代之。该试验不仅对近期新疆已经完成的风能资源详查与综合评价中有关中尺度模式参数化方案的最优组合选择和水平分辨率的调整具有现实意义,而且也为如何提高风电功率短期预报的精准性提供了研究素材。     

1979—2017年冬半年京津冀区域大风的变化及其环流背景分析

利用1979—2017年冬半年(从11月至次年3月)站点的日平均风速和ERA-Interim再分析资料,分析了京津冀冬半年区域大风的变化及其环流背景。结果表明,研究时段共计有556次区域性大风日,风向以偏北风为主(约占90%)。近40 a资料显示：区域性大风日频次在显著减少,线性趋势达-1.77 d·(10 a)^-1 (P<0.1);同时大风平均风速也在减弱[-0.07 m·s^-1·(10 a)^-1,P<0.05]。同期北半球大气环流的异常显示,东亚西风急流强度偏强时大风日频次易偏多;同时,大风日频次的变化与北半球对流层中低层大尺度的环流异常存在明显相关,北大西洋和欧亚大陆存在多个显著异常中心,其中北大西洋地区南北向的偶极子型异常与大风日频次及风速的相关系数均接近0.30(P<0.1)。表明京津冀区域性大风的变化,不仅与东亚地区大气环流有关,还可能受上游地区环流及北半球大尺度环流的影响。这对理解风速逐渐减小的原因具有重要的参考价值。     

阿拉善右旗不同时间尺度的风速概率分布北大核心CSCD

利用阿拉善右旗1960—2015年整点风速数据,分析了日、月、年风速累积概率分布。结果表明:WeibullCum分布函数在描述风速累积概率分布时具有不同时间尺度的普适性。在多年平均逐日和逐月风速累积概率分布函数中,4个常数项存在周期性变化规律,而在1960—2015年逐年分布函数中,4个常数项分别具有周期性变化规律和减小趋势。对比2016—2020年不同时间尺度起沙风速频率统计结果和利用风速累积概率分布函数计算的结果发现,分布函数对月和年起沙风的频率具有很高的预测精度,而对日起沙风频率的预测能力不足,这是由日时间尺度上风的不确定性造成的。     

澳洲南部海域二甲基硫海气通量的分布及预测北大核心CSCD

海洋生物二甲基硫(DMS)的海气通量能改变云层的变化和区域的太阳辐射量,降低地球表面的温度,而极地的大量融冰导致DMS海气通量(DMSflux)对气候的影响更明显。文章中研究了2012—2014年亚南极几乎无冰的澳洲南部海域(40°S—60°S, 110°E—140°E)环境数据(包括:风速、云盖、海表温度、叶绿素、冰盖和混合层深度)的区域分布和年际变化。继而用遗传算法校准DMS模型的参数,得到DMS浓度和DMSflux在研究区域的分布。最后用耦合模型相互比较项目(CMIP5)试验预测未来(大约2100年)在四倍二氧化碳环境下的DMSflux,并与当代(2012—2014年)一倍二氧化碳的情形作比较。研究结果显示:四倍二氧化碳情形下的海表温度、云盖和风速分别上升了0.9%、5.6%和12.3%,混合层深度下降了41.0%;海气传输速度的增加率为58.8%,由于很少的融冰, DMS flux只增加了9.4%,因此, DMS flux的增加速度远比不上南北极。研究结果表明,亚南极几乎无冰的澳洲南部海域的DMS对减弱温室效应的作用不明显。     

澳洲南部海域二甲基硫海气通量的分布及预测

海洋生物二甲基硫(DMS)的海气通量能改变云层的变化和区域的太阳辐射量,降低地球表面的温度,而极地的大量融冰导致DMS海气通量(DMSflux)对气候的影响更明显。文章中研究了2012—2014年亚南极几乎无冰的澳洲南部海域(40°S—60°S, 110°E—140°E)环境数据(包括:风速、云盖、海表温度、叶绿素、冰盖和混合层深度)的区域分布和年际变化。继而用遗传算法校准DMS模型的参数,得到DMS浓度和DMSflux在研究区域的分布。最后用耦合模型相互比较项目(CMIP5)试验预测未来(大约2100年)在四倍二氧化碳环境下的DMSflux,并与当代(2012—2014年)一倍二氧化碳的情形作比较。研究结果显示:四倍二氧化碳情形下的海表温度、云盖和风速分别上升了0.9%、5.6%和12.3%,混合层深度下降了41.0%;海气传输速度的增加率为58.8%,由于很少的融冰, DMS flux只增加了9.4%,因此, DMS flux的增加速度远比不上南北极。研究结果表明,亚南极几乎无冰的澳洲南部海域的DMS对减弱温室效应的作用不明显。     

基于Sentinel-1A数据在广东省近海海面风场反演应用

采用基于风条纹提取风向的方式,利用地球物理模式函数,基于Sentinel-1A数据,通过CMOD5模型反演2017年3、5、7、12月份广东省近海海域风场。将反演结果与实测数据对比,风速普遍比实测风速大,风速反演的平均绝对误差为1.98 m/s,均方根误差为2.74 m/s,相关系数为0.8。其中3、5、7月的风速较为接近,且平均绝对误差和均方根误差都＜2 m/s,而12月份平均风速＞8 m/s,实测数据与卫星过境时间不完全匹配,导致平均绝对误差和均方根误差都偏大。哨兵一（Sentinel-1A）影像反演结果整体上与实测数据相一致,验证了COMD5反演模型适用于广东省近海高分辨率海洋风场反演,可为下一步估算广东省风能资源储量提供可能。     

基于ENVISAT ASAR影像与QuikSCAT风场数据的近海风能资源评价——以香港东南海域为例

以香港东南海域为试验区,利用2006-2009年39幅ENVISAT ASAR影像反演风速,并用QuikSCAT风场数据对反演结果进行验证。在此基础上,计算出研究区2006-2009年平均风功率密度,从空间分布的角度对风能资源进行评价;同时基于同期1 096幅QuikSCAT风场数据,绘制月平均风速时序变化图,从时间尺度上对风能资源进行评价。结果表明:1)综合使用ENVISAT ASAR影像和QuikSCAT风场数据可实现较高空间分辨率和高时间分辨率的结合;2)基于CMOD5模型的风速反演方法切实可行且精度较高;3)该海域风能资源丰富,可用于并网风力发电;4)该海域风速的季节变化规律明显,具体表现为冬、秋季风速较大,夏、春季风速较小。     

大风天气老哈河下游迎风侧谷坡的风速脉动特征

基于春季大风天气野外实地风速观测数据,从平均风速、风速脉动、风速脉动强度3个方面对老哈河下游迎风侧谷坡坡脚和坡顶的风速脉动特征进行了分析.结果表明:(1)在距地表0.50 m高度以上,坡脚和坡顶风速在时间序列上波动各自具有均一性;(2)风速脉动幅度随着距地表高度的增加而逐渐加大,其最大值超过4.00 m·s^-1.坡脚和坡顶的风速脉动频率各自具有一致性,但脉动频率不稳定;(3)风速脉动强度基本一致,随高度增加而逐渐增大.在0.50 m高度以上,风速脉动相对值(阵性度)基本稳定,但坡顶的阵性因谷坡的干扰而相对减弱.     

利用WW3模式实现中国周边海域波浪能流密度数值预报——以2次冷空气过程为例

近年来中国在海洋能研究方面得到快速发展,但目前为止尚未实现波浪能的预报。本研究以T639预报风场作为WW3(WAVEWATCH-III)海浪模式的驱动场,对2013年3月发生在中国周边海域的2次冷空气过程所致海浪场进行模拟,充分利用来自朝鲜半岛、日本、台湾岛的观测资料,检验WW3模式对能流密度的预报能力,实现了波浪能流密度的数值预报,为海浪发电、海水淡化等波浪能开发工作提供保障。研究表明:1)以T639预报风场驱动WW3海浪模式,可以较好地预报冷空气影响下的中国周边海域波浪能流密度。无论预报值与观测值在曲线走势上,还是从相关系数、偏差、均方根误差、平均绝对误差等定量来判断,预报能流密度都具有较高精度,其中在朝鲜半岛、日本周边海域的预报效果好于台湾岛周边的预报效果。2)在冷空气影响下,中国周边海域的波浪能流密度伴有明显的增幅。在渤海、渤海海峡、黄海北部,由于海域狭小,海浪得不到充分成长,能流密度的增幅相对较小,大值区的范围也相对较小;冷空气进入黄海中部、东海后,能流密度迅速增加,高值中心可达80 kW/m以上;冷空气进入南海后,虽然也使得能流密度明显增大,但由于南海纬度较低,冷空气南下行进至南海后强度大为减弱,能流密度的大值区范围较东海缩小。     

南极特拉诺瓦湾下降风特征

南极罗斯海特拉诺瓦湾(Terra Nova Bay)是强下降风汇集区之一。采用高分辨率南极中尺度预报系统(Antarctic Mesoscale Prediction System,AMPS)资料和特拉诺瓦湾难言岛Manuela自动气象站实测数据,分析了特拉诺瓦湾及其附近地区的下降风特征。AMPS对难言岛地区风速和气温有较好的模拟能力,但风向比实测值偏西约30°。难言岛地区风速从1月开始迅速增大,4—9月风力平均为8级以上。难言岛夏季1月份的风速变化滞后气温变化约3 h;冬季7月份风向稳定为西至西南。特拉诺瓦湾及其附近地区下降风来自西岸海拔较高的冰盖,其风向的空间分布特征基本几乎不随季节而变化。下降风风速有显著的季节演变特征,11月至次年1月较小,3—9月风速较大。特拉诺瓦湾西岸等几处冰川地带在冬季是强风汇集区,难言岛处于Reeves冰川下降风汇集区中。该汇集区上边界和南北两侧均有清晰的分界线,风速较强区从地面延伸至650—800 m高处,风速最大值距离地面高度约为50—200 m。强下降风气流受难言岛地形阻挡,风速有所减弱,气流越过难言岛之后,风速再次加强。特拉诺瓦湾地区下降风流动过程中近地面气团位势温度变化幅度很小,表明下降风在从内陆高原到沿岸地区的流动是干绝热过程。     

2019年8月阿克苏罕见翻山大风精细特征及成因分析

南疆中西部的阿克苏地区,由于地理位置及地形的原因,在地面冷空气很强的时候,很容易就会出现翻山大风。为深入了解阿克苏翻山大风的机理,提高此类灾害性大风的预报能力,针对2019年8月15—18日出现的一次罕见翻山大风天气过程,利用常规气象观测资料、探空观测资料、模式预报资料、NCEP逐6 h格距1°×1°的再分析资料和阿克苏站、托万克提根洪沟站2个地面自动气象站的逐小时风向风速资料,对本次大风的精细特征及其影响系统和动力、热力条件进行了分析。结果表明：（1）此次大风是在东欧阻塞高压发展加强、中亚低涡长时间维持并3次分裂东移的形势下,由高空急流和低层冷平流的共同作用使冷空气的势能向动能转化而引发的持续性大风。（2）过程中出现了3次大风波动,均是高空槽引导冷空气翻越天山而形成,前2次是短波槽引起,大风持续时间短,第3次是主槽东移引发,大风持续时间长。（3）第一次大风波动中有对流性雷暴大风叠加,瞬间阵风达12级。（4）高空急流引起的强垂直运动和次级环流、中层辐合及低层辐散有利于大风的加强和维持。