南极布兰斯菲尔德海峡正压潮数值模拟

本文利用高分辨率的有限体积海洋模型(FVCOM)模拟了南极布兰斯菲尔德海峡附近海区的M_2、S_2、K_1与O_1四个主要分潮,模拟结果与验潮站资料基本符合。将模拟结果计算并利用潮汐调和常数绘制了同潮图,该海峡附近海域的潮汐类型为混合半日潮,全日潮在西南部及南极半岛附近海域较东北部南设得兰群岛附近海域比重偏大。通过分别计算4个分潮的潮能通量,发现M_2分潮潮能来自海峡东部的太平洋与威德尔海, S_2、K_1与O_1分潮潮能来自大西洋与威德尔海。在布兰斯菲尔德海峡区域4个分潮共耗散90.6 MW,其中O_1分潮耗散最大,约占到总潮能耗散的49.09%;由威德尔海潮能在进入布兰斯菲尔德海峡之前,在南极海峡区域4个分潮共耗散278.87 MW,其中S_2分潮耗散最大约占到总潮能耗散的39.09%。     

沟道偏转地形对滑坡碎屑流运动的影响研究

在沟谷地形中,滑坡碎屑流的运动常受到地形的影响,导致其运动方向发生改变,进而影响到滑坡运动速度和堆积特征。本文利用三维离散元素法,对四川都江堰三溪村高速远程滑坡进行模拟,研究滑坡体不同部位的块体失稳后,在沟道偏转地形主导下的滑坡碎屑流前缘的运动速度、各部位滑体的速度变化过程和堆积特征,并提出沟道偏转地形耗能模型分析了地形偏转造成的动能消耗。研究结果显示:滑坡前缘在地形偏转位置运动方向发生变化,导致运动速度突降;由于滑坡不同部位的滑块相对于地形偏转点具有不同的撞击角度,导致其撞击后产生不同的偏转角度,滑块的偏转角度越大,速度变化越大;由沟道偏转地形导致的滑坡运动速度减小反映了偏转地形对滑坡的动能产生的耗散,动能耗散率与cos2θ(θ为偏转地形在水平面上的偏转角度)成反比;不同部位滑块的堆积长度随偏转角度的增大而减小。本研究分析了沟谷地形偏转对滑坡碎屑流运动速度作用机制及不同部位岩土体堆积范围的影响,可为该类地形条件下滑坡的运动机制研究和防灾减灾工作提供参考。     

室内模拟水位下退耕还湿地表层土壤温室气体排放研究北大核心CSCD

在中国科学院东北地理与农业生态研究所的科研温室中,进行了实验期为60 d的室内模拟实验,在-5 cm、0 cm和5 cm的模拟水位下,测定和计算出采集自洪河国家级自然保护区的2010年、2014年、2016年弃耕的退耕还湿地和天然小叶章沼泽表层(0~20 cm深度)土壤的CO2、CH4和N2O排放通量。研究结果表明,随着水位的上升,2010年、2014年、2016年弃耕的退耕还湿地和天然小叶章沼泽表层土壤的CO2和N2O排放通量在减小;与-5 cm和5 cm的模拟水位下相比,0 cm水位下表层土壤的CH4排放通量相对最大;随着实验天数的增加,2014年、2016年弃耕的退耕还湿地和天然小叶章沼泽表层土壤CH4排放通量在波动增大;水位越高,其对退耕还湿地表层土壤CO2、N2O总排放量和温室气体的全球增温潜势的抑制作用越明显。     

X波段雷达海面回波谱宽特征研究

海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关,可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度,建立了回波谱宽模型,分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响,同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明,剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后,基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好,这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。     

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。     

用随机有限断层方法模拟2016-11-13新西兰Mw7.8地震

在未来大地震发震构造已知的前提下,提出用经验公式确定大地震断层长度、宽度、地震矩和滑动分布等参数,并用随机有限断层方法预测未来大地震。用随机有限断层方法模拟2016-11-13新西兰M_W7.8地震的12个基岩台站地震动时程和反应谱,并用模拟的频谱幅值与记录频谱幅值平均比值确定模拟误差。结果表明,在周期为0~10 s的范围内,模拟误差在0.92~1.08之间,不同频率模拟误差的标准差变化范围不超过1。95%的置信区间宽度随频率无明显变化,模拟结果反映了地震动记录的平均效果。用准随机方法重新获取新西兰大地震断层初始破裂点和位错滑动分布,模拟地震动并计算模拟误差随频率的变化,得到与最初模型相似的结论,从而进一步证实了本文提出的获取震源参数并用随机有限断层方法预测未来大地震的可靠性,且其特别适用于大地震远场模拟。     

青藏高原东南缘构造应力场重构

采用有限元方法,针对青藏高原东南缘建立更细致、更精确的三维有限元弹性模型。选取9种不同的应力边界条件,分别进行优化分析后处理,将对应台站形变模拟值与GPS实测值进行误差分析,最终选取最佳方案作为古构造应力场。结果表明,青藏高原东南缘4 Ma BP的古应力场主要起源于中国大陆周围板块的相互作用,特别是印度板块NNE向强烈碰撞作用,成为中国大陆尤其是西南部青藏高原地区构造应力场最主要的动力来源,控制各个块体相互作用的方式和运动格局。青藏高原东南缘古应力场主要包括几个力源：西北部青藏高原侧向挤压造成的WE向应力约105 MPa;西南部直接来自于印度板块的NE-WS向应力约70 MPa;南部NS向作用力33 MPa;东南部扬子块体侧向NW-SE阻挡力56 MPa;北东部受扬子块体强烈EW向阻挡力90 MPa。这些力源共同作用于青藏高原东南缘,形成现今复杂应力场。
     

浮力装置触发深海管道水平向整体屈曲效果的数值模拟研究

海洋油气资源的运输主要通过海底管道进行,管道在工作时受到较大的温度荷载,会产生整体屈曲变形。深海管道设计中常采用人为装置触发一定程度的水平向整体屈曲变形,来释放轴向的温度应力,浮力装置是常用的触发方式之一。本文通过数值模拟研究,分析了不同浮力大小和不同浮力施加范围下,管道水平向整体屈曲的临界屈曲力,得出临界屈曲力随浮力大小和施加范围变化的情况;并研究了不同土体阻力下,浮力装置触发整体屈曲的效果。研究表明,水平向土体阻力较大时,浮力装置触发水平向整体屈曲的效果较好。浮力装置的触发效果对轴向土体阻力不敏感。     

基于WRF的黄渤海海雾数值模拟参数化方案研究

对数值模拟的研究现状进行了总结梳理,分析了已有研究的不足,并根据研究目标在已有研究结论基础上有针对性地设计了敏感性实验方案。经过与实地观测的结果对比来看,与海雾模拟密切相关的边界层参数化方案中的YSU方案对我国黄渤海海区的不同强度海雾均具有良好的适用性,而长波辐射方案中的Fu-Liou-Gu方案则具有更好的普适性,在这种核心方案配置下的模拟结果均可满足一般科学研究与预报业务的需求。     

海洋环境数值预报业务综合运维平台设计与实现

分析了海洋环境数值预报运维复杂度逐渐增大的现状,梳理出存在的6类主要问题,给出了海洋环境数值预报业务综合运维的总体设计思路。进而研究分析了数值模式业务流程调度监控和模式运行性能特征分析等核心技术环节,实现了海洋环境数值预报业务综合运维平台的主要功能,并针对全球海洋预报系统开展了有效的示范应用,为各数值预报业务中心设计开发自动化运维值班工作平台提供了一个高效可行的方案。