LICOM海洋模式对南大洋环流的模拟评估

使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）开发的第三代气候海洋模式（LASG/IAP Climate system Ocean Model version 3, LICOM3.0）低分辨率版本在海洋模式比较计划（Ocean Model Intercomparison Project, OMIP）试验中的模拟数据,描述了南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current, ACC）和南大洋经向翻转环流（Meridional Overturning Circulation, MOC）在1958～2009年的平均状态及其变化,并与已有的模式模拟结果和观测结果对比以评估LICOM模式的模拟效果。通过对比已有模式模拟数据发现,LICOM3.0模式模拟的ACC和南大洋MOC在两组OMIP试验中平均状态相仿、结果在合理范围内,但OMIP1试验中海表强迫的变化趋势较OMIP2试验中的变化更大,得到的环流输送在OMIP1试验中增长趋势也更大。     

任意正交曲线坐标系下的海洋模式动力框架的发展与评估

本文发展了一个可以适用于任意水平正交曲线坐标系的海洋模式动力框架,并将其应用于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海洋模式LICOM2.0（LASG/IAP Climate system Ocean Model,version2.0）。在经纬网格坐标系下,新的动力框架与LICOM2.0原有的动力框架模拟结果完全一致。基于新的动力框架,海洋模式可采用能够准确描述北冰洋地形的三极网格,克服了LICOM2.0经纬网格版本必须将北极点处理为孤岛的缺陷,从而显著改进了模式对于北冰洋环流和北大西洋经圈翻转流函数（AMOC）的模拟能力。此外,引进三极网格还可以避免模式网格距随纬度增加而急剧减小带来的计算不稳定,在LICOM2.0的三极网格版本中,模式不需要采用任何空间滤波方案仍然能够保证计算的稳定性,从而与LICOM2.0的经纬网格版本相比,极大地提高了模式的并行效率,这一点在当水平分辨率提高到0.1度时表现得尤为明显,海洋模式的并行加速比可以从经纬网格版本的5.8左右提高到三极网格版本的15.0左右。     

引潮力对海洋环流模式的影响

The eight main tidal constituents have been implemented in the global ocean general circulation model with approximate 1° horizontal resolution.Compared with the observation data,the patterns of the tidal amplitudes and phases had been simulated fairly well.The responses of mean circulation,temperature and salinity are further investigated in the global sense.When implementing the tidal forcing,wind-driven circulations are reduced,especially those in coastal regions.It is also found that the upper cell transport of the Atlantic meridional overturning circulation(AMOC) reduces significantly,while its deep cell transport is slightly enhanced from 9×106m3/s to 10×106 m3/s.The changes of circulations are all related to the increase of a bottom friction and a vertical viscosity due to the tidal forcing.The temperature and salinity of the model are also significantly affected by the tidal forcing through the enhanced bottom friction,mixing and the changes in mean circulation.The largest changes occur in the coastal regions,where the water is cooled and freshened.In the open ocean,the changes are divided into three layers:cooled and freshened on the surface and below 3 000 m,and warmed and salted in the middle in the open ocean.In the upper two layers,the changes are mainly caused by the enhanced mixing,as warm and salty water sinks and cold and fresh water rises;whereas in the deep layer,the enhancement of the deep overturning circulation accounts for the cold and fresh changes in the deep ocean.     

海洋冲击伸缩绳索取样器的研制与应用

海洋沉积物地层主要由淤泥、软土、半固结泥岩、砂岩等组成,沉积物地层钻探取样是海洋工程和地质调查的重要组成部分。常规回转取样器取样,极易破坏样品的原状而且取样率较低;静压取样器取样,在砂岩、半固结泥岩等较硬地层取样率较低。针对上述问题,研制了一种冲击伸缩绳索取样器,该取样器结合了静压取样器和锤击取样器的特点,实现对海底以沉积物为主地层的高保真取样。     

基于等高线空间关系的鞍部点提取方法

鞍部点是反映地表形态起伏变化的重要地形特征点之一,准确地提取鞍部点有利于地形的空间关系和结构特征分析。现有的鞍部点提取方法通常是直接基于规则格网DEM数据,无法顾及鞍部点与周围地形的空间拓扑关系和复杂地形对其的影响,不仅产生大量的伪鞍部点,而且忽略一些关键地区的鞍部点。本文根据鞍部点的地形形态特征,设计了一种基于等高线数据的鞍部点提取算法。该算法利用等高线闭合的特征,将等高线按照一定规则转成等高面数据,再利用等高面之间的相邻拓扑关系实现递归查找并自动提取鞍部点。实验结果显示:①鞍部点的数量和位置与等高距的大小显著相关,在一定尺度范围内,等高距越小,提取出鞍部点越多,位置精度也逐渐提高;②与基于规则格网DEM数据提取方法相比,该方法能更有效的过滤大量伪鞍部点,提高了鞍部点的提取精度,同时也降低了鞍部点提取算法的复杂度;与基于等高线的增量缓冲方法(Incremental Buffering Algorithm)相比,本文的方法能有效提高鞍部点提取的完整性,更适用于本文DEM的尺度即5 m DEM数据。     

热带海洋盐度障碍层多尺度变异机理及其对海气相互作用的影响研究进展

在上层海洋,受盐度的影响,温度均匀层和密度均匀层并不一定重合,出现温跃层顶界深度明显大于密度跃层顶界深度的现象,即产生盐度障碍层.重力稳定度较高的障碍层对上层海洋热量的垂直交换具有“热障”作用,使混合层和温跃层无法进行有效的热量交换,导致局地海洋上混合层偏暖,从而影响局地海气相互作用乃至全球气候变化.得益于全球海洋观测计划的实施,近20年来科学家已逐渐认识到盐度在海洋环流和气候变化中的重要性,因此盐度障碍层在上层海洋热量收支中的作用等科学问题已成为物理海洋学的前沿研究热点.以障碍层多尺度变异为中心,围绕影响和调控障碍层变异的关键海洋过程,以及障碍层通过海气相互作用影响天气、气候尺度变异的过程和机理等关键科学问题,综述了近几十年来有关热带障碍层的研究进展.重点总结了以下3个方面的进展:全球不同热带海域障碍层的空间结构和多尺度变异特征;海洋动力过程和大气热力过程在障碍层变异中的作用及其机理;障碍层与天气、气候事件及海洋生物相互作用的关键过程和机理.强调了障碍层变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应,最后提出了尚需解决的关键科学问题.     

FGOALS高分辨率气候模式系统模式研制与应用综述

当今气候系统模式发展的重要趋势之一,是通过提高模式的空间分辨率,改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。过去5年里,中国科学院大气物理研究所发展并完善了25 km分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10°分辨率海洋环流分量模式LICOM3.0,并以此为基础建立了高分辨率气候系统模式FGOALS-f3-H。利用上述高分辨率模式,开展了大量的数值模拟试验和预报/预测研究,其中包括国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的高分辨率模式比较子计划（HighResMIP）,建立了海洋环流预测系统（LFS）等。初步评估分析表明,相对于低分辨率模式,高分辨率模式对气候平均态和气候变率的模拟能力均有明显改进。其中高分辨率大气环流模式可以更好地模拟台风、极端降水事件,高分辨率海洋模式可以更好地模拟海洋中尺度涡旋和西边界流,而高分辨率耦合模式则可以更好重现中尺度海气相互作用过程、热带不稳定波动（TIW）等事件。     

江油国家地质公园地质遗迹景观资源特征及评价

江油国家地质公园特色突出,地质遗迹景观品质高、互补性强,配套性好,具有极高的科研、观赏和旅游开发价值。本文在资料收集和实地考察的基础上,总结了江油国家地质公园地质遗迹景观资源的特征,划分了地质遗迹景观的类型,并对地质公园内主要的地质遗迹景观进行了定性和定量评价。该地质公园地质遗迹景观主要有岩溶洞穴、岩溶漏斗、泥盆纪标准地层剖面和古生物化石,以及山岳、峡谷地貌等,其中属国家级地质遗迹景观的有11处,省级地质遗迹景观的有12处。      

中文核心期刊的时空分异特征及影响因素

选取1992-2017年版中文核心期刊(简称核心期刊),运用Moore结构值测算其内部结构变化,利用重心模型计算重心位置,通过GIS可视化分析其时空分异特征,采用普通最小二乘法评估影响模型的合理性,通过地理探测器模型定量分析其时空分异的影响因素.结果 表明:1992-2017年版核心期刊数量经历“下降-上升-逐步稳定”...     

利用内切圆内插等高线的算法

等高线内插在地图自动综合、地图数字化、三维地形重建等过程中都具有重要意义。许多等高线内插算法在等高线急剧变化以及闭合等高线处存在问题。在分析已有等高线内插算法优缺点的基础上,提出了一种等高线内插算法。该算法以等高线上的节点为圆心,建立与相邻等高线之间的内切圆来探测相邻等高线之间的空间关系,并获取等高线间的辅助线,进而内插出等高线,一方面弥补了已有等高线内插方法中的问题,另一方面有效提高了等高线内插的速度和质量。通过与其他内插算法之间的实验对比分析,验证了本方法的科学性和先进性。