始新世大洋环流模拟的模式依赖性

随着模式的复杂化和多元化发展, 国际上不仅组织了现代气候模拟的模式比较计划, 也开展了古气候模拟的比较计划。在模式比较计划中, 如何有效处理模式间的差异和剔除模式依赖性已成为重要问题。本项研究基于国际深时多模式比较计划(DeepMIP)中的始新世大洋环流模拟结果, 选取pCO₂倍增试验、模式参数化、古地理边界条件这3个案例, 深入分析模式依赖性如何影响古气候模拟结果和模式之间差异性, 归纳和总结古气候模拟研究中模式依赖性产生的可能原因。结果显示, 部分模式的关键变量对驱动因子响应过于敏感、模式参数化方案过于简单、模式中对古地理边界条件表达的欠准确性均可导致模式依赖性的产生以及模式之间显著差异。这表明在分析数值模式结果时, 需要参考多模式结果, 并特别关注模拟结果变化的各个环节, 从而减少模式依赖性的干扰, 增加模拟结果的准确性, 以便于更加准确认识气候环境演变过程。

     

大洋热盐环流研究的一个焦点：北太平洋是否有深水形成

现代大洋热盐环流的特点之一是北大西洋有深水形成而北太平洋没有，这种不对称性对周边气候产生了重要影响。尽管理论上认为大洋热盐环流可能存在对应不同气候的多平衡态，但北太平洋是否曾有过深水形成已成为目前学术争论的一个热点。简要介绍了最新的热盐环流研究成果，重点分析现代北太平洋无深水形成的原因，其中亚洲季风的水汽输送和低蒸发是两个重要的影响因子。     

大洋温盐环流的稳定性及变率模拟研究进展

围绕大洋温盐环流的稳定性和变率,以三维原始方程大洋环流模式（OGCM）和海气耦合模式为重点,兼顾理想概念模式,总结了近年来模拟研究的主要成果。概括了几个主要前沿方向——大洋温盐环流的多平衡态现象、数十年／年代际变率以及百年到千年尺度的变率特性等的研究成果,探讨了其内部机制。     

温盐环流反转及其对新生代气候的影响

温盐环流是由海水温度、盐度差异驱动的全球洋流循环系统。在气候系统中,它对全球热量输送起到了十分重要的作用。在亚轨道尺度(千年时间尺度)上,温盐环流的改变导致了一系列快速的气候变化,因此备受关注。在构造时间尺度(百万年时间尺度)上,古海洋记录和数值模拟揭示出,温盐环流的反转对新生代气候也产生了非常显著的影响。在新生代,温盐环流由“南大洋深层水主控型”向“北大西洋深层水主控型”反转。这一反转改变了全球的热量输送,使得南半球强烈变冷,并有可能导致南极东部永久冰盖的形成。在这一反转事件中,热带海道的作用更加重要。     

大洋温盐环流与气候变率的关系研究:科学界的一个新课题

大洋温盐环流与气候变率的关系研究是90年代中后期以来国际科学界提出的一个新课题。在概述温盐环流基本图像的基础上,讨论了温盐环流在气候系统中的重要作用,介绍了国际科学界针对该问题的未来行动,总结了国际科学界的研究现状。     

大洋环流型式转换在冰期旋回中的作用及经典第四纪冰期理论质疑

迄今所获的地质证据，包括深海沉积物氧同位素、大陆冰盖、山地冰川以及南北两极冰芯记录，均表明最后一次冰期终止始于１４０００ａＢ．Ｐ·前，先于米兰科维奇天文理论推算的最大太阳辐射率的出现。地质记录同时表明，冰期－间冰期振荡以时间上不对称的１０００００ａ周期为主。这一非对称性以漫长的冰盖建造和迅速的冰盖消融为特征。而轨道要素引起的太阳辐射率波动以４１０００ａ、２３０００ａ和１９０００ａ周期为主。因此，地质记录显示冰期气候对太阳辐射率变化并无严格的直接响应关系。本文在讨论经典冰期气候理论的同时，着重评述近来发展的大洋环流－气候关系模式。该模式以能量、水体质量和大洋盐度平衡为依据，强调大西洋环流传送带对气候的影响。根据深海沉积物的化学记录该学说认为，冰期期间的大洋环流型式与现代不同。新仙女木寒冷事件可为大洋环流型式转换对气候影响的一个例证。就目前存在的有关冰期气候理论的一些问题，文中最后也做了讨论。     

大洋玄武岩的三元混合特征及地幔的三元结构模式

本文综合分析了新生代大洋玄武岩的Pb,Sr,Nd同位素特征，并利用同位素混合方程，差别出大洋玄武岩均显示出很好的三元混合特征，提出了大洋地幔的三元结构模式。三个地幔端员成分分别代表了亏损地幔，高U/Pb比和高Th/Ph比地幔，富集地幔。修正了过去利用Sr-Nd负相关关系得出的二元地幔结构模式，作出了大洋玄武岩的Pb-Sr-Nd同位素相关图，并论证了Zindler等（1982）提出的“地幔面”是不存在的。本文还对部分岛孤及大陆玄武岩进行了讨论。     

平流层和下垫面热状况对大气环流影响的研究和数值模拟

近年来世界范围的干旱、水灾、酷热和严寒接连不断地发生,使得人们对大气环流异常的物理机制,气候异常的原因,长期天气过程的物理基础等问题给予了越来越多的重视。海气相互作用是影响大气运动的主要过程之一;平流层的热状况对对流层大气环流也起着重要作用。从1986年3月起到1989年底我们开展了平流层和下垫面状况对大气环流影响的研究和数值模拟实验工作。研究工作主要集中在平流层臭氧的加热作用和海温异常两个方面对大     

基于卫星高度计的全球大洋潮汐模式的准确度评估

依据152个深海验潮站与大洋岛屿地面验潮站观测得到的8个主要分潮(M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1及Q1)调和常数,对现有7个全球大洋潮汐模式的准确度进行了检验,结果显示各模式在深海大洋区域均达到了比较高的准确度:M2分潮的潮高均方根偏差在1.0～1.3cm之间;8个分潮的和方根偏差在2.1～2.3cm之间,与早期的模式相比,准确度又有了进一步提高。还依据中国近海18个岛屿的调和常数对其中的5个大洋潮汐模式的准确度进行了检验,结果表明,M2分潮均方根偏差在4.4～10cm,明显高于大洋的均方根偏差。其中日本国家天文台的潮汐模式NAO99在中国近海的结果相对较准确。     

大气环流模式在黄河流域的适用性评价

本文以国际上较流行的5个大气环流模式(HadCM3、GFDL、ECHAM4、CSIRO-Mk2以及CGCM2)对黄河流域1961～1990年温度和降水的模拟结果为基础,通过与该流域同期观测值比较,分析了各大气环流模式(GCM)在黄河流域的适用性.研究结果表明:HadCM3、GFDL两个模式对黄河流域温度的模拟结果较好;ECHAM4、HadCM3两个模式对黄河流域降水的模拟结果较好.5个大气环流模式对温度的模拟明显优于对降水的模拟.总体而言,英国的HadCM3模式在黄河流域的适用性最好,可为黄河流域水文水资源、水土流失对全球气候变化响应等相关研究,提供未来气候变化情景的借鉴.     

土的边界面本构模型研究进展

简述了土的边界面本构模型国内外研究状况，阐述了其基本思想。对边界面模型作了简要评述，提出了边界面模型研究的发展趋向。     

Decadal Prediction Skill of the Global Sea Surface Temperature in the BCC_CSM1.1 Climate Model

This study assesses retrospective decadal prediction skill of Sea Surface Temperature (SST) variability in initialized climate prediction experiments (INT) with the Beijing Climate Center Climate System Model (BCC_CSM1.1). Ensemble forecasts were evaluated using observations, and compared to an ensemble of uninitialized simulations (NoINT). The results show as follows: ①The warming trend of global mean SST simulated by the INT runs is closer to the observation than that in the NoINT runs.②The INT runs show high SST prediction skills over broad regions of tropical Atlantic, western tropical Pacific and tropical Indian Oceans. ③ In the North Pacific and the east-central tropical Pacific Ocean, the prediction skills are very weak, and there are few improvements coming from the initialization in the INT runs. ④ In the southern Indian Ocean, the prediction skills of the INT runs are significantly larger than that of the NoINT runs, with the maximum skill at the 3~6 and 4~7 years lead time. The above-mentioned conclusions are similar to the results of other climate models. However, the prediction skill in the North Atlantic Ocean is much lower than that of other models, especially in the subpolar region. The low skills in the Atlantic Ocean may be attributed to the misrepresentation of the lead-lag relationship between the Atlantic meridional heat transport and the SST in the BCC_CSM1.1.     

非定常边界多年冻土活动层温度的积分渐近计算

对微分形式的热传导方程进行积分变换,将其转变成等价的积分形式的热传导方程式,然后应用渐近序列方法于非定常边界条件下存在相变的多年冻土活动层的温度计算中,提出新的多年冻土活动层温度解析近似计算公式.尽管渐近序列不是收敛的级数,但当级数变量趋向某个值时,只需取渐近序列前几项既可以获得某种极限条件下具有相当精度的近似解.计算模式采用随时间变化函数的非定常边界条件,改进了定常边值条件的冻土相变温度计算的Stefan公式,退化到定值条件下渐近解和Stefan公式有相同的计算结果.     

多年冻土区管道通风路基温度边界条件及温度场实测研究

管道通风路基在多年冻土地区是一种良好的主动保护冻土工程措施,但在应用数值方法研究其长期效果中,对边界条件的选取存在着困难,已有的计算结果也缺乏实体工程的验证.基于青藏铁路北麓河实体试验工程,对通风管中气温以及管壁温度进行了分析和拟合.结果表明:通风管中气温年平均值普遍高于环境气温,平均高出1.6~1.8℃,但在正温期管中气温与环境气温的最高值相差不大(<1℃),而负温期相差较大(达到2℃);路基阳坡面下0.5 m深度地温高于阴坡面3.5~5.5℃.普通路基填筑后在抬升多年上限的同时,也升高了上限附近的地温,且地温场在整个范围内表现出横向上显著的不对称性.通风路基可以对下伏多年冻土起到良好的主动保护作用,表现为冻土上限的抬升和地温的降低.但通风管埋设位置较高的情况下,路基地温场横向不对称范围涉及到原地面以下.降低通风管的埋设高度的情况下,边坡面换热导致的温度横向不对称范围被限制在通风管以上的土体中,而下部土体温度场横向不对称性将得到极大改善.     

Three-Dimensional Simulation of Water Circulation in the Java Sea: Influence of Wind Waves on Surface and Bottom Stresses

A one-year simulation of tide- andwind-driven circulation in the Java Sea, which is one ofthe Indonesian seas located in a tropical area, hasbeen carried out using a three-dimensionalhydrodynamic model incorporating the influence of thewind waves generated at the sea surface. This area isinfluenced by the monsoon climate (east- andwest-monsoon). Six hourly-wind fields at 10 m abovethe sea surface were used as a representative windfield. In other respects, the effect of waves on thethree-dimensional hydrodynamic model has beenrepresented by the surface and bottom stresses. Athird-generation wave model called WAM (WAMDI, 1988)was used to calculate the wave parameters and thewave dependence of the drag coefficient. Thetrajectory of water particles induced by thecalculated velocity fields in the Java Sea was then simulated.In dealing with hazardous phenomena, this modelwill be extended to predict suspended sediment fluxes,particularly those relating to catastrophic changes in seabottom topography and beach erosion. It is also animportant tool for the prediction of storm surge events.     

边界条件对碎石层降温效果及机理的影响

对平均粒径为22.1 cm, 厚度1.3 m, 边界为开放和封闭的碎石层进行了一系列的实验. 从环境温度为最高和最低时刻封闭碎石层内的温度和速度分布可知: 当碎石层上表面温度低于下表面时,碎石层自下向上的散热由空气对流和碎石间的热传导来完成; 当上表面温度高于下表面时, 自上向下传递的热量由碎石接触面间的热传导完成, 此时, 由于其内部的空气几乎静止, 能阻隔热量的传入, 因此封闭边界的碎石层具有热半导体特性. 而开放边界的碎石层, 当平均温度为 0.5℃的空气从上表面吹过时, 碎石体内的热量传递主要是靠强迫对流来完成, 热半导体效果不明显, 不利于使其下面的冻土降温.     

基于Web Services的海洋表面温度场数据应用服务框架与实现

分析了海洋表面温度场数据应用研究现状,结合Web服务技术,提出了海洋表面温度场数据应用服务框架,把海温数据及应用模型均封装成Web服务,从而提高了分布式环境下,数据的互操作性、应用的可移植性及透明性.基于该框架,开发设计了"中国南海海温数据应用服务平台",该平台可以集成异构、分布式环境中的数据服务和应用服务,从而为用户提供透明的、"一站式"的海温数据Web应用,可为其它海洋信息的集成与应用提供借鉴.     

二叠纪-三叠纪之交的古海洋水化学条件变化证据--以贵州织金剖面为例

基于贵州织金剖面的二叠系-三叠系界线附近的岩石薄片鉴定及古生物化石识别,划分出了2种碳酸盐岩沉积相、2种亚相和5种微相;有机质碳同位素组成测试结果表明晚二叠世时期有机质的δ13C_org值（-27.7‰）向早三叠世时期的δ13C_org值（-28.3‰）逐渐偏负,反映了有机质类型由高等植物向低等微生物变化的过程;全岩的δ13C_rock值由晚二叠世（-24.2‰）向早三叠世（-20.9‰）变大,反映了二叠纪末期生物大灭绝事件造成了海洋生物的消失,进而引起12C在海洋中强烈富集;Fe-_HR/Fe-_T、Fe_py/Fe-_HR以及微量元素V/（V+Ni）与V/（V+Cr）比值大小,反映了二叠纪末期该区域的海水为氧化环境或弱还原环境,而三叠纪初期海水处于还原与铁化环境,在盆地内部没有发生硫化作用;V/Ni的值从晚二叠世的0.97~1.97向早三叠世的1.67~7.33明显变大,表明水体逐渐加深的过程,该结论与沉积微相变化相符;在生物演化上,从二叠纪末期的有孔虫-藻屑-三叶虫生物组合演变到三叠纪初期小型介壳-微生物组合,反映了该时期中国南方统一的两幕式生物灭绝与演化样式。     

应用响应曲面法优化凯氏定氮法的消解条件

经典凯氏定氮法是通过观察消解反应现象来控制温度和时间,对于数量较多的样品同时消解会耗费大量的人力及时间,因此需要采用合理的试验设计方法确定最佳消解温度和时间,以实现批量消解样品,提高分析效率。本文利用响应曲面法对凯氏定氮法中的消解条件进行了优化分析,选择料液比、消解温度和消解时间作为优化因素,研究三因素的不同水平对氮含量测定的影响。通过响应曲面分析得到最优的消解条件为:料液比(g/mL)=0.3∶5,消解温度260℃,消解时间60 min。重复实验结果表明,样品在优化的条件下能够很好地消解,重现性较好;标准物质的氮含量的实验测定值(1310×10-6)与标准值(1300×10-6)基本一致,两者的对数误差绝对值为0.003,方法的准确性高。应用响应曲面试验设计方法,对于评价凯氏定氮法中三个消解条件对氮含量的非线性影响起到了很好的优选作用,能更好地预测实验因素对分析结果的影响趋势,可以准确控制消解温度和消解时间,对于提高分析效率具有实用意义。     

Review of Methods for Simulating Land Surface Temperature at the Pixel Scale Based on Ground Measurements over Heterogeneous Surface

Remotely sensed Land Surface Temperature (LST) is a key parameter for studying the global climate changes and the exchanges of water and energy. Acquiring LST accurately is important to diagnose the change of environment on earth. Quantifying the uncertainty of remotely sensed LST is the first step of its application. However, due to the difficulties in obtaining the ground truth of LST at the pixel scale, it is difficult to validate the remotely sensed LST. Here, methods for simulating the LST at the pixel scale based on ground measurements over heterogeneous area were reviewed. From the way to construct the ground scene, these methods were classified into three types, including the Modified Geometric Projection model (MGP), realistic structural three-dimensional model, and other model. The advantages and disadvantages of these models were examined and compared. Finally, some issues in simulating LST at the pixel scale over heterogeneous area needed to be solved and on-going directions in the future were summarized.