2014年大西洋水在楚科奇边陲区域的上边界混合

This study presents an analysis of the CTD data and the turbulent microstructure data collected in 2014, the turbulent mixing environment above the Atlantic Water(AW) around the Chukchi Borderland region is studied.Surface wind becomes more efficient in driving the upper ocean movement along with the rapid decline of sea ice,thus results in a more restless interior of the Arctic Ocean. The turbulent dissipation rate is in the range of4.60×10~(–10)~(–3.31×10~(–9) W/kg with a mean value of 1.33×10~(–9) W/kg, while the diapycnal diffusivity is in the range of1.45×10~(–6)–1.46×10~(–5)m~2/s with a mean value of 4.84×10~(–6) m~2/s in 200–300 m(above the AW). After investigating on the traditional factors(i.e., wind, topography and tides) that may contribute to the turbulent dissipation rate, the results show that the tidal kinetic energy plays a dominating role in the vertical mixing above the AW. Besides, the swing of the Beaufort Gyre(BG) has an impact on the vertical shear of the geostrophic current and may contribute to the regional difference of turbulent mixing. The parameterized method for the double-diffusive convection flux above the AW is validated by the direct turbulent microstructure results.     

海岸破波带内水底悬沙浓度形成机理实验研究

通过大尺度水槽波浪引起泥沙悬移的动床模型实验,研究了沙坝海岸破波带内水底悬沙浓度形成机理,通过比较时间平均水底悬沙浓度与时间平均水底波浪水质点动能或时间平均水底湍动能之间的相关性,论证了利用时间平均湍动能比利用时间平均波浪水质点动能计算时间平均水底悬沙浓度更为适用,并提出了以上时间平均水底悬沙浓度与水底湍动能之间的关系也可以用来近似表达时间变化的水底悬沙浓度与时间变化的水底湍动能之间的关系。研究针对规则波、波群和不规则波3种波浪形态进行,并分别对破波带内的爬坡区、内破波区和沙坝区3个区域实验结果进行讨论。     

马里亚纳海沟万米级水文观测研究

深渊观测是开展深渊科学研究的前提。文章介绍了2020年7月"东方红3"船在马里亚纳海沟"挑战者深渊"附近完成的一次海洋调查。基于船载温盐深综合剖面测量系统获取的万米级剖面数据,分析全海深的温盐性质,并依据Thorpe尺度方法和细尺度参数化方法,进一步估算不同深度层的湍动能耗散率。结果表明:"挑战者深渊"的深层海水十分稳定, 3 000—5 000 dbar的温盐特征与下层绕极水相同;受弱层结背景下的内潮影响, 5 000—8 000 m的耗散率显著提升。本次调查获取的万米级水文剖面为马里亚纳海沟的深渊探索提供了数据方面的支撑。     

利用尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对一次陆地浓雾的数值模拟

为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。     

一种新型海-气湍流通量参数化方案的模式测试

将一种新型湍流通量参数化方案代入到大气环流模式CAM3中,对比分析了模式改进前后模拟的风应力、感热通量、潜热通量和降水的全球分布,以及风应力、潜热通量和降水的纬向平均。结果表明:改进后模式的模拟结果更接近ERS、ERA40湍流通量数据和CMAP综合降水数据,其中对西风带上洋面风应力、亚洲季风区的潜热通量和降水改进明显。由于该新型湍流通量参数化方案直接由整体理查逊数、空气动力学粗糙度和热力学粗糙度参数化稳定度参数,避免了通过循环迭代计算Obukhov长度,计算效率得到提高。     

长江入河口区水沙通量变化规律

根据大通站１９５０－１９８５年的水、沙实测资料,运用统计分析方法研究长江入河口区水、沙通量的季节性变化、年际变化以及水、沙通量之间的关系。结果表明,长江入河口区的水沙通量有明显的季节性变化,其中沙通量的变化更为显著;丰水年很少连续出现,枯水年有７５％以连续两年的形式出现;多沙年的出现形式有１年出现一次的,也有２－３年出现的,少沙年基本上以连续２－３年的形式出现;水沙通量间的相关性较差,其中细颗粒泥     

风蚀影响因子的敏感性试验

 对风蚀模式的各重要影响因子进行了敏感性试验，结果表明：①随风力的增大，跃动沙粒的粒径范围迅速增大，从而会使更多、更大的尘粒因受到更强烈的撞击作用而释放于空中。但随土壤水分和植被覆盖度的增加，跃动沙粒粒径范围会变窄，较大的粒子很难被激发到空中。②各种土壤沙流通量及尘粒释放率随粒径的变化趋势Q(d)和F(d)与相应的地表土壤有效粒度分布Ps(d)具有相似的特征，说明前人用近地层沙尘粒度分布来代表地表土壤的有效粒度分布是合理的。③若以总沙流通量Q>0.5 g·m^-1·s^-1为风蚀过程开始发生的标准，在干燥、裸露的情况下，沙土、沙壤土、壤土、黏土和粉黏土表面发生风蚀的临界摩擦速度都约为0.3 m·s^-1。相同风力条件下（u*=0.6 m·s^-1），若地表干燥（w=0）并忽略小于0.1 g·m^-1·s^-1的总沙流通量，则抑制5种土壤发生风蚀的最小植被覆盖度分别约为：沙土0.35、沙壤土0.45、壤土0.45、黏土0.55、粉黏土0.55；若地表裸露，抑制风蚀发生的最小水分含量分别为：沙土0.15、沙壤土0.18、壤土0.3、黏土0.36和粉黏土0.33。④通常情况下沙土最不易起尘，它在各个粒径的尘粒释放率比其他土壤均约小3~5个量级。粉黏土最易起尘，且粒径较小，较容易传输到下游很远处。⑤总尘粒释放率F和总沙流通量Q随风力、地表条件的变化一般是同相的，即Q增大，F也会增大。⑥一般情况下F随摩擦速度u*的增大或植被覆盖度cf和土壤水分w的减小而增大；土壤拖曳系数sx和弹性压力垂直分量pye的增加会大大降低尘粒释放率。⑦通常风蚀情况下，5种土壤中粉黏土和沙壤土因聚合粒子破碎产生的尘粒释放率Fc最大，Fc随风力、地表条件变化的敏感度也最强；沙土的Fc最小，其对风力、地表条件的敏感度也最弱。     

北冰洋78°N冰站近地层参数的观测研究

利用2003年8月22日-9月3日中国北极科学考察队在北冰洋78°N浮冰站获得的近地层观测资料,采用整体输送法对北冰洋浮冰近地层特征参数进行了分析研究。结果表明,在考察期间,雪面吸收的净辐射仅为3.6 W/m2,其中以感热和潜热向大气输送的能量分别占52%和31%,向海冰深层传导的热量很少;近中性层结条件下的平均拖曳系数Cdn为1.16×10-3,略小于75°N北冰洋浮冰上近中性层结的Cdn。与1999年75°N附近冰站观测结果的对比表明,当海冰密度及冰站所在浮冰的尺度不同时,海冰与大气相互作用的热力学和动力学过程的差异显著,在研究北冰洋地区海/冰/气相互作用对气候过程影响时,应考虑这一问题。     

动态地幔柱尾管结构

动态地幔柱模式被广泛用于讨论地球科学中的一些重要课题,如巨大火成区的成因,冈瓦纳古陆解体的原因,板块内中小尺度动力过程的驱动因素等．但是这个基于实验研究而建立的模式中,忽略了地幔柱尾管特征及其作用．地幔柱尾管内温度和速度分布是研究地幔柱上升过程的必要条件．本文从控制尾管结构的基本方程出发,给出了一个定常轴对称地幔柱温度和速度分布的近似分析解．从而得到尾管结构的基本特征：影响尾管内温度分布的主导因素是地幔柱的热流通量,而尾管内上涌速度的大小则不仅取决于热流通量,主要是取决于地幔粘度随深度的变化方式．结果表明,对弱地幔柱,尾管的热损失可能是不可忽略的,而对强地幔柱,径向质量传递可能是不可忽略的.     

利用土壤温度估算土壤有效热导系数和水流通量

土壤有效热导系数和水流通量是研究大气-土壤系统水分转化的重要变量。采用动态回归模型(DHR)获取土壤温度的振幅和相位变化,联合土壤水热耦合方程的解析解估算土壤有效热导系数和土壤水流通量,并将该方法应用于毛乌素沙地的土壤水流通量估算中。结果显示,实例研究估算获得的有效热导系数在10~(-7)m~2/s数量级变化,且随振幅比的增加呈指数增加,随相位差的增加呈指数衰减。当土壤含水率小于0.08时,有效热导系数呈线性增加;当土壤含水率大于0.08时,接近恒定值(定量0.08),土壤水流通量随土壤含水率的变化无明显的线性关系。