利用NDVI估算云覆盖区的地表温度

利用同源不同时相的遥感影像替换云覆盖区下的NDVI值,确定无云区的NDVI与LST之间的函数关系式,再运用此函数关系和云覆盖区NDVI值估算其地表温度。以连云港市为例,针对NDVI-LST两者相关性应存在多种可能,验证其在线性关系、对数关系、二次多项式关系3种不同拟合关系下地表温度之间的差异及其估算精度。结果表明,3种拟合关系误差精度均在MAE<0.94℃,RSME<0.92℃范围内,且估算精度基本与相关系数呈负相关,能够满足一般实际应用的要求。     

基于AMSR-E数据的多年冰密集度反演算法研究

In recent years, the rapid decline of Arctic sea ice area(SIA) and sea ice extent(SIE), especially for the multiyear(MY) ice, has led to significant effect on climate change. The accurate retrieval of MY ice concentration retrieval is very important and challenging to understand the ongoing changes. Three MY ice concentration retrieval algorithms were systematically evaluated. A similar total ice concentration was yielded by these algorithms, while the retrieved MY sea ice concentrations differs from each other. The MY SIA derived from NASA TEAM algorithm is relatively stable. Other two algorithms created seasonal fluctuations of MY SIA, particularly in autumn and winter. In this paper, we proposed an ice concentration retrieval algorithm, which developed the NASA TEAM algorithm by adding to use AMSR-E 6.9 GHz brightness temperature data and sea ice concentration using 89.0GHz data. Comparison with the reference MY SIA from reference MY ice, indicates that the mean difference and root mean square(rms) difference of MY SIA derived from the algorithm of this study are 0.65×106 km2 and0.69×106 km2 during January to March, –0.06×106 km2 and 0.14×106 km2 during September to December respectively. Comparison with MY SIE obtained from weekly ice age data provided by University of Colorado show that, the mean difference and rms difference are 0.69×106 km2 and 0.84×106 km2, respectively. The developed algorithm proposed in this study has smaller difference compared with the reference MY ice and MY SIE from ice age data than the Wang's, Lomax' and NASA TEAM algorithms.     

海表面温度的变分同化预报模式:初始场的全局优化

利用变分同化技术,将船舶报资料与海表面温度短期数值预报模式有机结合,实现了渤、黄、东海的海表面温度短期数值预报。本预报模式利用伴随方法实现了预报模式的全局优化,不但最大限度地利用了船舶报资料,而且初始温度场的调整由自动的数值迭代过程来实现。在渤、黄、东海海域,4个季节的典型月份的SST连续1个月的24h后报结果与船舶报资料均方差均降至0.8℃以下。同化后海表面温度初始场的绝均差较同化前有显著下降。与以前所用的客观分析方法比较的结果表明,伴随同化的预报精度明显高于客观分析方法。     

BCC_CSM对北极海冰的模拟:CMIP5和CMIP6历史试验比较

本文利用北京气候中心气候系统模式(BCC_CSM)在最近两个耦合模式比较计划(CMIP5和CMIP6)的历史试验模拟结果,对北极海冰范围和冰厚的模拟性能进行了比较,结果表明:(1) CMIP6改善了CMIP5模拟海冰范围季节变化过大的问题,总体上更接近观测结果;(2)两个CMIP试验阶段中BCC_CSM模拟的海冰厚度都偏小,但CMIP6试验对夏季海冰厚度过薄问题有所改进。通过对影响海冰生消过程的冰面和冰底热收支的分析,我们探讨了上述模拟偏差以及CMIP6模拟结果改善的成因。分析表明,8?9月海洋热通量、向下短波辐射和反照率对模拟结果的误差影响较大,CMIP6试验在这些方面有较大改善;而12月至翌年2月,CMIP5模拟的北极海冰范围偏大主要是海洋热通量偏低所导致,CMIP6模拟的海洋热通量较CMIP5大,但北大西洋表层海流的改善才是巴芬湾附近海冰外缘线位置改善的主要原因。CMIP试验模拟的夏季海冰厚度偏薄主要是因为6?8月海洋热通量和冰面热收支都偏大,而CMIP6试验模拟的夏季海冰厚度有所改善主要是由于海洋热通量和净短波辐射的改善。海冰模拟结果的改善与CMIP6海冰模块和大气模块参数化的改进有直接和间接的关系,通过改变短波辐射、冰面反照率和海洋热通量,使BCC_CSM模式对北极海冰的模拟性能也得到有效提高。     

渤海沉积物中细菌群落结构和基因丰度的空间分布特征

This study investigated differences in the community structure and environmental responses of the bacterial community in sediments of the Bohai Sea.Illumina high-throughput sequencing technology and real-time PCR were used to assay the bacterial 16S rRNA genes in the surface sediments of 13 sampling stations in the Bohai Sea.The results showed that sediments at the majority of the 13 sampling stations were contaminated by heavy metal mercury.The main phyla of bacteria recorded included Proteobacteria(52.92%),Bacteroidetes(11.76%),Planctomycetes(7.39%),Acidobacteria(6.53%)and Chloroflexi(4.97%).The genus with the highest relative abundance was Desulfobulbus(4.99%),which was the dominant genus at most sampling stations,followed by Lutimonas and Halioglobus.The main factors influencing bacterial community structure were total organic carbon,followed by depth and total phosphorus.The content of lead,cadmium,chromium,copper and zinc had a consistent effect on community structure.Arsenic showed a negative correlation with bacterial community structure in most samples,while the impact of mercury on community structure was not significant.The bacterial community in sediment samples from the Bohai Sea was rich in diversity and displayed an increase in diversity from high to low latitudes.The data indicated that the Bohai Sea had abundant microbial resources and was rich in bacteria with the potential to metabolize many types of pollutants.     

北极中央区海冰低密集度现象研究

近年,北极中央密集冰区出现海冰低密集度的异常现象。为了探讨这一现象的成因,本文使用ERA-Interim再分析资料,定义了北极中央区海冰低密集度（LCCA）指数,研究了2009-2016年的6-9月北极中央区发生的海冰低密集度现象。分析表明,研究时段内在北极中央区发生了6次明显的海冰低密集度（LCCA峰值）过程。在这些过程中,局地气温异常并不是导致海冰低密集度现象发生最主要的因素;海冰低密集度区域的形态及冰速场分布均与大气环流场相对应;在LCCA指数峰值发生前均有气旋中心出现在北冰洋70°N以北并伴随向北移动,气旋引起海冰辐散,同时所携带的较低纬度的热量导致海冰迅速融化。在6次过程中,有3次为气旋影响配合北极偶极子（DA）型环流。LCCA指数与84°N平均向北温度平流和北极中央区海冰速度散度呈正相关。在LCCA指数峰值前,温度平流对海冰低密集度区域形成的影响大于海冰辐散的影响。     

渤海B1断面夏季温盐结构及变化趋势

采用特征量和线性拟合的方法,对1976～2003年8月的B1断面温盐调查资料进行分析.结果表明:夏季渤海暖水深入沿岸两端及渤海中部,深水处具有南北2个冷水区,形成冷、暖水体并存的分布特征.渤海夏季温度场结构分布是多种海洋物理环境要素的综合影响所致,太阳辐射和地形是基本原因之一,北黄海冷水侵入是冷暖水区维持的重要原因.冷水区多年温度有正变化率,温度变化正距平的信号来自大气气候变暖;而渤海中部高温水体则具有负变化率,温度变化负距平的信号来自北黄海次表层温度的变化,可能与北黄海冷水侵入渤海有关.夏季近岸盐度低,底层盐度高.盐度多年变化以正变率为主,造成岸边盐度升值明显的主要原因是河流入海淡水量的减少和工业污染.     

白令海楚科奇海的海冰范围变化特征

白令海和楚科奇海位于北极太平洋一侧的海冰外缘线附近,具有较强烈的气冰海相互作用.采用滑动t检验和小波分析方法对白令海和楚科奇海1953—2004年海冰范围的年际变化、年代际变化和总体趋势变化进行分析.结果表明:20世纪70年代后期,海冰范围在白令海存在显著的均值突变现象,而楚科奇海在对应阶段则表现为更明显的变频现象;在突变点前后两个时段里,阿留申低压中心低压加强、核心位置偏移以及对应风场分布的变化是导致白令海海冰范围明显缩小的主要动力原因.楚科奇海海冰范围的年际变化中存在由低频向高频变化的现象,该现象除了在局地气温变化中存在之外,在北冰洋区域风涡度、波弗特海纬向风、东西伯利亚海经向风等动力因素中也有所体现.因此,除热力因素外,动力因素引起的海冰的平流与该变频现象也存在一定的联系.     

基于细观统计的砂土摩擦特性与破坏机制研究

砂土是一种典型的颗粒材料,其力学特性和变形机制是细观颗粒在荷载作用下的宏观表现,鉴于砂土具有显著的颗粒性和碎散性,使得对其进行细观颗粒层面的研究非常必要。将土颗粒简化为空间椭球体,假设方向角满足正态分布规律,应用细观统计的方法,从颗粒层面对砂土的摩擦特性和破坏机制进行研究。砂土剪切面上的摩擦特性主要是颗粒在剪切荷载作用下,克服垂直于剪切面应力抬升所遇到的阻力。颗粒运动方向与剪切面滑移方向的夹角可视为单个颗粒的摩擦角,颗粒摩擦角满足与方向角同样的正态分布规律;砂土的剪切破坏是颗粒重排列和应力重分布的过程,该过程中一部分颗粒摩擦角不断弱化,而承载颗粒数量逐渐增多,土体内部应力分布渐趋均匀;随着垂直于剪切面荷载的增大,砂土内摩擦角随之弱化减小,内摩擦角与荷载之间具有对应关系,可进行量化计算。     

白令海峡夏季流量的年际变化及其成因

白令海峡是连接太平洋和北冰洋的唯一通道,穿过海峡的海水体积通量在年际尺度上的变化主要取决于海峡南北两侧的海面高度差,白令海峡的入流对北冰洋海洋过程有重要的意义。利用SODA资料计算夏季白令海峡海水体积通量,对其年际变化及成因进行分析。结果表明夏季白令海峡的体积通量主要是正压地转的;当体积通量为正距平时,楚科奇海、东西伯利亚海、拉普捷夫海以及波弗特海南部海面高度为负距平,同时,白令海陆架海面高度为正距平;对这些海域的Ekman运动、上层海洋温度、盐度和垂直流速进行分析,发现海面高度异常与海峡体积通量的这种关系主要是与海面气压异常分布所产生的Ekman运动有关。当白令海峡的体积通量为正距平时,北冰洋中央海面气压为正距平,白令海海盆海面气压为负距平。这种气压的异常分布在一定程度上解释了上层海洋运动、海水温盐结构与白令海峡入流的关系,从而把夏季大尺度大气环流和白令海峡体积通量的年际变化联系了起来。