等距离海洋划界模型研究

海洋划界是沿岸国家海洋权利主张重叠时需要解决的重大问题,实现公平划界需要法律和技术紧密结合。从技术角度看,海洋划界是利用地理空间分析方法将海洋划界法律条约转换为海上边界地理实体的过程。海洋划界方法有很多种,其中等距离划界方法最为常用。但现有研究大多集中于等距离划界法律规则研究,对于具体实现技术和方法研究较少,特别是对于“三点法”、“水线法”、“弹性圆法”不同等距离划界模型之间技术差异的相关研究更为少见。本文在梳理国内外常用等距离海洋划界模型的技术原理、适用场景和存在问题,选取具体算例比较了不同等距离划界算法计算结果差异及其产生原因,认为“三点法”划界模型具有原理简单、运算高效、符合《公约》法律概念,最后提出发展我国自主可控的高精度海洋划界模型需要解决的核心问题。     

海洋三维温盐流数值模拟研究的有关进展和问题

就海洋三维温盐流数值模拟使用的海洋模式和数据同化方法、在中尺度数值预报和再分析中的应用,以及所需支撑条件三方面,简述了国内外研究有关进展和问题。表述了开展大范围分辨中尺度乃至次中尺度涡的高分辨率海洋三维温盐流数值模拟正在研究的有关问题,扼要说明提供相匹配的高性能计算机模拟平台的必要性。初步探讨制约该研究快速发展的有关问题。     

台风期间海洋飞沫对海气湍通量的影响研究

本文以2006年9月日本以南海域的台风YAGI为例,应用黑潮延伸体附近的KEO浮标观测资料,并结合卫星遥感等融合资料,分析海洋飞沫在台风不同发展阶段对海气界面间热量通量和动量通量的影响。首先,定量地分析台风期间海洋飞沫对海气热通量的影响。结果表明,在台风YAGI过境期间,海洋飞沫能够显著地加剧海气界面间的热量交换,尤其是潜热交换。海洋飞沫增加的热通量随着风速的增强而增大,随着波龄的增大而减小。随后,通过动量分析表明,在台风YAGI过境期间,海洋飞沫显著地增强了由大气向海洋的动量转移。当风速达到台风量级后,考虑海洋飞沫所增加的动量通量与界面动量通量大小相当,同时,在此风速条件下,海洋飞沫在海气界面形成极限饱和悬浮层,抑制风到海表面的动量转移,导致海气界面间总的动量通量的增长率随之减小。     

东中国海业务化海流雷达观测及数据服务平台

由武汉大学研发的海洋状态监测及分析雷达（OSMAR）,被布置于东中国海沿岸的6个雷达站点,用于观测海表面速度（海流,波浪,风）。本研究以雷达观测的流场为例,阐述了一个业务化海表面流雷达观测及数据服务平台,给出了一个从数据获取、传输、处理、可视化以及服务的业务化流程。详细描述了业务化平台中包含三个系统（雷达观测系统、数据服务系统、可视化服务系统）,以及各系统间的数据流。各站点获取的流速将在雷达观测系统中数据接收和预处理中心进行集成,然后传输到数据服务系统进行质量控制。用户可以在数据服务系统的主界面上对数据进行浏览,也能够获取这些数据。可视化服务系统能够在球体平台上对数据产品进行直观展示。通过业务化平台可以对东中国海的海流进行实时监测,也能够对海流的日变化以及季节性变化进行研究。     

一种基于变分优化的逐步订正法在海冰密集度分析中的应用

卫星遥感获取的海冰密集度观测资料中包含着空间多尺度信息。然而,多数传统的数据同化方法难以在海冰密集度变化较为复杂的海冰边缘区有效提取这些多尺度信息。为解决上述问题,本文设计了一种基于变分优化的逐步订正分析方法—空间多尺度递归滤波,该方法是逐步订正分析与最小化算法的结合,它能够从长波到短波依次提取观测中的各种空间尺度信息。与传统的客观分析相比,这种基于变分的多尺度分析方法不仅能够在最小化过程中一次性的提取出观测中的多尺度信息,而且能够方便合理的进行参数配置。单观测点同化试验的分析结果表明,空间多尺度递归滤波方法具有良好的观测信息空间传播能力。随后在二维海冰密集度的分析试验中,该方法能够较好的提取SSMI海冰密集度观测资料中的空间多尺度信息,进而获得高精度的海冰密集度分析结果。     

POM海洋模式的并行算法

POM模式目前尚无正式发布的并行版本。通过对POM串行程序的数据流向分析,讨论了POM模式并行化所涉及的关键算法和主要技术问题;并基于消息传递接口(MPI),研发了POM模式的并行版本。测试结果表明,POM并行软件效率较高,达到了业务化要求,业已应用于国家海洋信息中心的再分析业务化系统中。     

A new version of regional ocean reanalysis for coastal waters of China and adjacent seas

A new regional ocean reanalysis over multiple decades (1958–2008) for the coastal waters of China and adjacent seas has been completed by the National Marine Data and Information Service (NMDIS) under the CORA (China Ocean ReAnalysis) project. Evaluations were performed on three aspects: (1) the improvement of general reanalysis quality; (2) eddy structures; and (3) decadal variability of sea surface height anomalies (SSHAs). Results showed that the quality of the new reanalysis has been enhanced beyond ～40% (39% for temperature, 44% for salinity) in terms of the reduction of root mean squared errors (RMSEs) for which the reanalysis values were compared to observed values in the observational space. Compared to the trial version released to public in 2009, the new reanalysis is able to reproduce more detailed eddy structures as seen in satellite and in situ observations. EOF analysis of the reanalysis SSHAs showed that the new reanalysis reconstructs the leading modes of SSHAs much better than the old version. These evaluations suggest that the new CORA regional reanalysis represents a much more useful dataset for the community of the coastal waters of China and adjacent seas.     

利用海冰密集度数据分析北极冰间湖变化

冰间湖内存在强烈的海-气相互作用和结冰析盐过程,在极区以及全球气候系统中起着重要作用。本文基于数字图像处理技术,从AMSR-E高分辨卫星遥感海冰密集度数据中提取了长时间序列的冰间湖变化信息,研究北极冰间湖内的净水面积、净水表面的净热通量(向上为正)、产冰量和产盐量的季节和年际变化,比较不同冰间湖区域之间的差异。研究结果表明:总净水面积分别在结冰初期和末期存在极大值,而由于总净水面积季节变化幅度不是很大,总产冰量和产盐量的季节变化主要受净热通量影响,在1月份存在极大值;在不同冰间湖区域内净水面积的季节变化中,进入结冰期越早的冰间湖内净水面积越快达到首次极大值;净热通量的年际变化趋势总体上是减小的,总净水面积是增加大的,其中靠近太平洋和大西洋入流口的冰间湖内净热通量减小的速率要比其他区域快,靠近亚欧大陆的冰间湖内净水面积增长速率要比其他区域大;总产冰量的年际变化同总净水面积基本一致,也是呈增加趋势。最后通过研究冰间湖的年际变化信息同海冰范围变化的相关性,发现如果连续多年冰间湖内年平均净热通量为负的异常,那么海冰范围将出现一次极小值。     

The effect of Coriolis-Stokes forcing on upper ocean circulation in a two-way coupled wave-current model

We investigated the Stokes drift-driven ocean currents and Stokes drift-induced wind energy input into the upper ocean using a two-way coupled wave-current modeling system that consists of the Princeton Ocean Model generalized coordinate system (POMgcs), Simulating WAves Nearshore (SWAN) wave model, and the Model Coupling Toolkit (MCT). The Coriolis-Stokes forcing (CSF) computed using the wave parameters from SWAN was incorporated with the momentum equation of POMgcs as the core coupling process. Experimental results in an idealized setting show that under the steady state, the scale of the speed of CSF-driven current was 0.001 m/s and the maximum reached 0.02 m/s. The Stokes drift-induced energy rate input into the model ocean was estimated to be 28.5 GW, taking 14% of the direct wind energy rate input. Considering the Stokes drift effects, the total mechanical energy rate input was increased by approximately 14%, which highlights the importance of CSF in modulating the upper ocean circulation. The actual run conducted in Taiwan Adjacent Sea (TAS) shows that: 1) CSF-based wave-current coupling has an impact on ocean surface currents, which is related to the activities of monsoon winds; 2) wave-current coupling plays a significant role in a place where strong eddies present and tends to intensify the eddy’s vorticity; 3) wave-current coupling affects the volume transport of the Taiwan Strait (TS) throughflow in a nontrivial degree, 3.75% on average.     

黄河三角洲生态系统多功能性与不同维度植物多样性的关系研究

生物多样性是生态系统多功能性的重要驱动因素,生态系统生物多样性与多功能性之间的关系是近年来生态学研究的热点。以往研究主要集中在预测物种丰富度如何影响生态系统多功能性,而不同维度生物多样性对生态系统多功能性的影响机制仍然不清楚。研究黄河三角洲不同维度生物多样性、环境因素和生态系统多功能性及其之间的关系,结果表明,黄河三角洲生态系统多功能性同时受环境因素和生物多样性因素的影响,但是,生物多样性在维持生态系统多功能性上的相对贡献明显高于环境因素;植物群落的物种丰富度、物种均匀度、谱系多样性和功能离散指数分别与生态系统多功能性显著正相关,而谱系亲缘关系指数和植物性状群落权重平均值对生态系统多功能性并无显著影响,这说明与分类多样性和谱系多样性相比,植物群落功能多样性的增加能够更有效地提升生态系统多功能性;丰富的植物功能多样性是维持黄河三角洲高水平生态系统多功能性的关键,黄河三角洲生态系统多功能性的维持主要受互补效应的驱动。