中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

Improved Priority‐Flood method for depression filling by redundant calculation optimization in local micro‐relief areas

Depression filling is a critical step in distributed hydrological modeling using digital elevation models (DEMs). The traditional Priority‐Flood (PF) approach is widely used due to its relatively high efficiency when dealing with a small‐sized DEM. However, it seems inadequate and inefficient when dealing with large high‐resolution DEMs. In this work, we examined the relationship between the PF algorithm calculation process and the topographical characteristics of depressions, and found significant redundant calculations in the local micro‐relief areas in the conventional PF algorithm. As such calculations require more time when dealing with large DEMs, we thus propose a new variant of the PF algorithm, wherein redundant points and calculations are recognized and eliminated based on the local micro‐relief water‐flow characteristics of the depression‐filling process. In addition, depressions and flatlands were optimally processed by a quick queue to improve the efficiency of the process. The proposed method was applied and validated in eight case areas using the Shuttle Radar Topography Mission digital elevation model (SRTM‐DEM) with 1 arc‐second resolution. These selected areas have different data sizes. A comparative analysis among the proposed method, the Wang and Liu‐based PF, the improved Barnes‐based PF, the improved Zhou‐based PF, and the Planchon and Darboux (P&D) algorithms was conducted to evaluate the accuracy and efficiency of the proposed algorithm. The results showed that the proposed algorithm is 43.2% (maximum) faster than Wang and Liu's variant of the PF method, with an average of 31.8%. In addition, the proposed algorithm achieved similar performance to the improved Zhou‐based PF algorithm, though our algorithm has the advantage of being simpler. The optimal strategies using the proposed algorithm can be employed in various landforms with high efficiency. The proposed method can also achieve good depression filling, even with large amounts of DEM data.     

中国北方磷矿矿床类型及成矿规律

通过对中国北方内生磷灰石、变质及沉积型磷矿成矿特征及典型矿床的研究,建立了各种类型磷矿床的成矿模式和找矿模型、确定了各类型矿床的时空分布规律以及矿床的共生规律,为开展磷矿的找矿工作具有重要参考价值。     

中国北方磷矿成矿预测

在中朝准地台、塔里木准地台边缘深断裂附近和台中隆起带以及天山-兴安、祁连-秦岭、额尔古纳几个地槽褶皱区的中间地带,不同程度地具备中国北方三种主要类型磷矿的成矿条件。研究分析认为中国北方的内生磷矿具有良好的找矿前景,绿岩带型磷矿和古元古代沉积变质磷矿显示一定的找矿潜力,沉积型磷矿一般品位低、规模小。通过归纳,在中国北方划分出磷矿的二级城矿区4个、三级成矿带15个、四级成矿亚带19个。圈定成矿预测区A级2个,B级C级各23个。确定了21处可开展进一步工作的地区。     

高温焙烧对白云母晶体结构和物性影响研究

通过X射线荧光光谱仪、X射线粉晶衍射分析、热重分析、扫描电镜等表征手段,研究焙烧温度对白云母晶体结构特征、物性变化的影响.结果表明:白云母在25～1 200℃温度范围的加热过程变化主要分为三个阶段:25～500℃,该焙烧温度段对白云母的晶体结构、光学性质、表面形貌影响甚小;600～1 000℃,白云母虽保持片层状晶体结...     

提高对流层天顶总延迟解算精度的新方法探讨

对流层天顶总延迟的解算精度,直接影响长基线解算的精度和大气水汽含量的计算精度。文中提出克利金内插法解算天顶总延迟的新方法,并利用南极长城站和周边IGS跟踪站的GPS数据,通过高精度解算软件GAMIT/GLOBK,解算出长城站上空的对流层天顶总延迟,将其与利用内插方法解算的天顶总延迟进行了对比分析,得出:利用该内插方法获取的南极长城站在夏季的天顶总延迟的均方差可达0.2mm,这对今后GPS高精度定位和GPS气象学应用来说,具有重要意义。     

面向流媒体传输的空间数据变化累积模型

将流媒体技术引入到以矢量数据为主的网络GIS传输中,其关键是建立逐级精细化的多层次表达模型,并在服务器端数据预组织上建立线性索引结构。本研究针对该目标建立一种矢量数据多重表达的新模型,即变化累积模型,认为尺度空间中从粗到细的数据表达过程是一些"变化"的累积,"变化"表现为两个连续尺度表达间的差别,通过"变化"元素的逐渐增加或减少来实现渐进传输。基于该模型对面状数据渐进式传输进行研究,将多边形分级剖分为一系列凸壳或外接矩形的基础上建立变化累积模型,通过剖分元素的组合完成渐进式流媒体传输。     

两种面向地貌晕渲的光照模型比较

光照模型是影响数字地貌晕渲的一个关键因素。在参照传统晕渲着色规则的基础上,结合数字地貌晕渲的投影方式及视点、光源的设置方法,从理论上分析了Lambert漫反射模型、基于坡向光照模型的特征;分别利用规则物体和地形数据对这两种光照模型所产生的效果进行了实验和对比;结果表明漫反射模型更适合起伏较平缓地区的晕渲,基于坡向的光照模型更能突出山体的起伏特征。最后结合理论分析讨论了产生这种实验结果的原因并提出了3点改进意见。     

电子地图多尺度显示中“放大镜”效果的实现

"放大镜"效果是电子地图多尺度表达的形式之一,能够以更多的细节显示某个或某几个重点,而其他区域则以较少的细节表示。"放大镜"效果的实现需要从数学基础、数据组织、显示调度等多方面进行改造,针对上述几方面讨论了"放大镜"效果的实现方式,并进行了实验论证。     

Evidence for the 8,200 a <Emphasis Type="SmallCaps">b</Emphasis>.<Emphasis Type="SmallCaps">p</Emphasis>. cooling event in the middle Okinawa Trough

Based on new and existing data on oxygen isotopes, alkenone-surface seawater temperature trends, planktonic foraminifers, lithology, and clay mineral composition of piston cores, a distinct cooling event has been identified around 8,200 cal a b.p. in the middle Okinawa Trough, northwest Pacific. This corresponds to the 8,200 a b.p. cooling event recorded in many places of the Northern Hemisphere. During this event, the local temperature decreased by 1°C, and the δ¹⁸O value increased by 0.6‰. A strengthened Asian winter monsoon is the most probable cause for this event, which thus adds further credibility to the contention that we are dealing here with a global phenomenon.