东太平洋冷舌区海表面温度日变化特征的模拟研究

本文通过分辨太阳辐射日变化, 利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 气候系统海洋环流模式 (LICOM), 模拟了东太平洋冷舌区海表面温度 (SST) 的日变化特征并研究了弱混合对其影响。采用理想的太阳辐射日变化强迫上层垂向分辨率为10 m的海洋模式LICOM, 模拟出了SST日变化一些特征, 同时海洋的上层流场也产生明显日变化。模拟的SST日变化振幅水平分布与观测接近, 且受太阳辐射日变化振幅水平分布调制。在赤道中东太平洋区, 模拟的SST日变化振幅 (约为0.3～0.4℃) 比观测偏小约0.1～0.2℃。模拟的SST日变化峰值出现在15～16 时 (当地标准时间), 落后于太阳辐射峰值2～3个小时, 接近观测。进一步减弱混合后, 模拟的日变化振幅增加约0.1℃, 更接近观测。这说明在东太平洋冷舌区SST日变化主要受太阳辐射日变化和垂直混合影响。此外, 混合减小后, 在太阳辐射日变化调制下, 平均态 (如混合层、温度和流场) 也出现明显变化。在赤道东太平洋冷舌区北侧, 弱混合导致混合层变浅, 变浅使热量堆积进而使平均SST升高约0.3℃; 在赤道东太平洋冷舌南侧, 经向平流加强导致平均SST降低约0.2℃。     

FGOALS_gg1.1极地气候模拟

对中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的气候系统模式FGOALS_g1.1的极地气候模拟现状进行了较为全面的评估.结果表明,FGOALS_g1.1对南北极海冰的主要分布特征、季节变化和年代际变化趋势具有一定的模拟能力.但也注意到,与观测相比,模式存在以下几方面的问题:(1)模拟的海冰总面积北极偏多,而南极偏少.北极,北大西洋海冰全年明显偏多;夏季,西伯利亚沿海海冰偏多,而波弗特海海冰偏少.南极,威德尔海和罗斯海冬季海冰偏少.南北极海冰边缘都存在异常的较大范围密集度很小的碎冰区,夏季尤为显著.(2)海冰流速在南北极海冰边缘和南极大陆沿岸附近较大.北极,模式没能模拟出波弗特涡流,并且由于模式网格中北极点的处理问题,造成其附近错误的海冰流场及厚度分布.这些海冰偏差与模式模拟的大气和海洋状况有着密切的联系.进一步分析表明,FGOALS_g1.1模拟的冰岛低压和南极绕极西风带明显偏弱,其通过大气环流和海表面风应力影响向极地的热量输送,在很大程度上导致上述的海冰偏差.此外,耦合模式中大气-海冰-海洋的相互作用可以放大子模式中的偏差.     

中国近海海平面变化趋势的对比分析

本文分析了近40年的中国近海验潮站资料海表面高度的线性变化趋势,并与卫星高度计资料进行了对比。通过对验潮站资料的分析发现,中国海域无论是近40年(1970~2013年)、还是近20年(1993~2013年)海平面均显著上升。各海区近20年的海平面上升有加速的趋势,且各时段上升速率大于全球平均海平面上升率。但是,受到海平面的年际和年代际变化的影响,近10年海平面上升趋势放缓。同时,本文也分析了不同季节海平面变化的趋势,北部海域秋季最大,冬季最小;南海海域春季最大,秋季最小。通过AVISO资料和验潮站资料的对比可以发现,AVISO资料在描述近20年海平面变化的线性趋势上与验潮站资料接近,较大的差异主要是由验潮站地表发生升降引起的。同时,通过对比也发现了用验潮站资料估算海域平均的海平面高度变化会有一定的误差,在黄海、渤海、东海海域验潮站估计的数值偏高,而在南海海域则偏低。     

TOPEX/Poseidon高度计资料在全球海洋环流模式中的同化及分析

利用一个新的四维变分海洋资料同化系统LICOM-3DVM对TOPEX／Poseidon高度计资料进行了同化。该同化系统是在LASG／IAP气候海洋模式LICOM1．0的基础上建立起来的,所用的同化方法为三维变分映射资料同化方法3DVM。高度计观测资料是采取间接的方式进行同化,即先建立起二维海面高度距平场与三维温度场的统计关系,并由此通过观测的海面高度距平信息反演出“观测”的三维温度场,然后利用LICOM-3DVM四维变分同化系统将此反演的温度场同化到海洋模式中。作者设计了两组试验并对结果进行了比较分析,积分时间从1993年1月至2001年12月共9年时间。结果表明,由于上混合层相关系数较小,因此同化后海温没有改进;而在温跃层以及更深层次,同化后的海温均有很大程度的改善。从对赤道太平洋地区海温的气候态、季节变化和年际变化以及Nino3区的Nino指数的模拟情况来看,由于同化时将海面高度异常和海温异常之间的相关参数取为常数,没有考虑其季节和年际变化,因此,同化后对于赤道太平洋的年际变化没有改善。对于黑潮地区,由于模式的分辨率较低,同化之前没有很好地模拟出温度锋面,温度和盐度梯度都偏小,流速也偏弱;而同化后使得温度锋面和盐度梯度与WOA01更加吻合,流速增强。     

中国电影产业时空演变特征及驱动因素

从产业环境、产业规模和产业效益3个维度构建综合评价指标体系,运用熵值法对中国2012—2018年省域尺度电影产业进行综合评价,运用GIS空间分析技术和地理探测器模型,分析其时空演变规律和影响因素。结果表明：1）2012—2018年中国电影产业发展整体水平不高,但发展速度显著提高,“T”字型空间结构逐渐形成,其发展空间格局与经济发展格局趋同性特征显著;2）电影产业的发展环境进一步优化,空间格局整体呈现东、西部地区高,中部地区低的“凹”字型特征;3）电影产业规模上升较快,形成东部发达地区高于中西部地区的格局;4）产业效益增长显著,空间分布东南高、西北低的格局逐步明晰;5）电影产业发展水平省际之间差异大,均衡化演变趋势逐渐显著,影片制作发行和票房收入是导致省级电影产业指数差异大的主要原因;6）电影产业的发展及其时空演变是以经济和对外开放程度因素驱动为主,人口、政策、文化等因素共同作用的结果。     

两种形态ENSO对南半球热带外气候变化特征的影响

本研究利用1979—2012年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ORAP5(Ocean Reanalysis Pilot 5)海洋/海冰再分析资料和ERA-Interim气象再分析资料,采用回归分析方法,分1979—1998年和1999—2012年两个时间段探讨了南半球热带外地区气候变化对两种不同形态ENSO的响应特征。结果表明,南半球热带外区域气候在1999年前后两个时段对ENSO的响应表现出了较大的年代际变化特征。1979—1998年南半球热带外气候变量对Nio3指数在时间上的相关性和空间上的响应强度都普遍大于Nio4指数,说明这一时段东部型ENSO对南半球热带外区域气候变化的影响要更强一些。在1999—2012年,不同形态ENSO与气候变量的相关性大小并无明显的规律,而且空间响应场的差异性并不大。海平面气压、风场和气温对ENSO变化的响应在南半球冬季表现最为强烈,在夏季最弱。三者在1999—2012年秋季对Nio3指数和Nio4指数的响应场中出现了纬向三波数结构。1999—2012年冬季,有异于海平面气压和风场,在罗斯海和阿蒙森海海域海表气温对Nio4变化的正响应明显强于对Nio3的响应,该特征在混合层温度中也有体现,表明海表气温随ENSO的变化受海洋特征变化影响较大。混合层深度和混合层温度的响应场之间存在很大的相关性,混合层温度响应在秋季表现最强,春季最弱,混合层深度响应与之相反。在1979—1998年,海冰密集度对不同Nio指数变化的响应差异主要出现在海冰结冰季节,而海冰厚度对不同Nio指数变化的响应差异在夏季表现较强。海冰密集度和厚度对Nio3变化响应的年代际差异在秋冬季节更加明显,对Nio4变化响应的年代际差异在秋、冬、春季都较明显。     

基于区域生长法和变差函数的PolSAR影像山脊线提取

山脊线通常是地震引发的山地灾害的起始部位。在监测此类山地灾害时,需要明确山脊线所处位置,从而为制定出相关预防措施提供支持。根据实际经验,由于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的成像特殊性,在检测含建筑物的全极化SAR(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,PolSAR)影像山脊线时,往往受到高散射强度的建筑物干扰,从而出现误判。针对PolSAR影像中山脊线受到建筑物干扰出现误识的问题,提出一种结合区域生长法和变差函数的识别方法。在识别过程中,首先,对采集的PolSAR影像通过区域生长法进行分割处理,再通过模糊C均值(Fuzzy C-Means,FCM)分类方法对变差纹理等特征进行聚类分析,并进行相似度判断,获取建筑物区域,在此基础上,对比建筑物、山脊线的混分成分,进而提取山脊线。通过对该方法进行实验对比分析,发现其相较于阈值分割方法提取精度有明显提高,可以为PolSAR影像中山脊线识别提供一种新思路。     

南极海冰快速下降历史事件的时空特征分析

卫星记录以来,南极海冰范围发生5次快速下降事件,研究这5次事件的时空特征,对进一步认识海冰快速下降事件的物理机制具有重要意义。基于海冰范围和海冰密集度的卫星数据,从时间和空间两个维度总结5次南极海冰快速下降事件的特征,再结合大气和海洋各项环境因素的再分析数据,探讨海冰快速下降的影响因素及其驱动过程。结果显示:南极海冰快速下降的空间分布存在季节性差异, 2021年8～12月以及2016年8～12月的春季南极海冰快速下降由别林斯高晋海、威德尔海、印度洋和西太平洋区域的海冰减少所主导; 2010年12月至2011年4月以及1985年12月至1986年4月的夏季南极海冰快速下降由威德尔海、罗斯海沿岸和西太平洋区域的海冰减少所主导;2008年4～8月的冬季南极海冰快速下降则由别林斯高晋海和西太平洋的部分区域的海冰减少所主导。探究影响海冰的环境因素发现,海表面温度和海表面净热通量对海冰减少的热力效应影响具有区域性差异。此外,南极海冰快速下降受阿蒙森低压的影响,相应的海表面风异常既通过经向热输运的热力效应导致海冰减少,也通过风的动力效应驱动海冰漂移使得海冰密集度降低。     

一维水驱油恒压驱替渗流过程推导

为研究常规砂岩油田注水开发过程中的多油层开采动态、层间干扰、开发效果分析等,对一维水驱油恒压驱替渗流过程进行理论推导.结果表明:在采出端见水前,通过油水两相区压力、纯油区压力及总压差之间关系,结合Buck-ley-Leverett方程,建立累计注入量与注入时间的关系,以及见水前位置、时间、含水饱和度之间的数学关系,求解前缘位置、前缘压差、注入速度等参数随时间的变化;在采出端见水后,分析注入速度与采出端含水饱和度关系、累计注入量与采出端含水饱和度关系,以及采出端含水饱和度与时间的关系,建立见水后位置、时间、含水饱和度之间的数学关系,求解见水后出口端含水饱和度、注入速度等参数随时间的变化.该结果为驱替过程中各物理量随时间的变化、含水饱和度的分布、各物理量之间的理论关系等研究提供指导.     

石羊河中游径流损耗特征及其影响因素

以石羊河中游为研究区域,分析了1956-2009年的径流损耗特征,通过相对损耗率和Fisher最优分割法等确定了人类活动对径流损耗的显著影响拐点为1975年,明确了人类活动影响下的径流突变点,修正了当前研究的不足。根据人类活动对径流影响的方式及强度,将近50多年的径流损耗划分为4个阶段,定量与定性相结合分析了1956-2009年不同代际的自然因素和人文因素对径流损耗的影响量和贡献率。结果表明:人类活动对石羊河中游径流损耗的影响于20世纪70年代中期以后显著增加;2000年之前人文因素贡献率不断增加,自然因素贡献率相应减少,且自然因素影响量与出山径流显著相关。20世纪90年代以来,人类活动与自然过程导致的径流损耗贡献率持平,1995-1999年人类活动影响量达到6.33亿m³/a,上游来水量的 62.31%被人类直接消耗,此时径流损耗的人文因素贡献率达最大值71.52%;之后开始逐渐降低,表明近年来石羊河中游人水系统矛盾有趋于缓和的迹象。