三次黑潮大弯曲形成机制的分析

通过对HYbrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)高分辨率海洋环流模式(1/12°)数值模拟结果的分析发现,该模式对1993—2003年的模拟结果出现了3次显著的黑潮大弯曲现象。研究表明,日本以南这3次黑潮大弯曲路径的形成与2种机制有关:沿30°N西传的海洋Rossby波将太平洋145°E附近海面高度正异常信号传到九州岛东南海域是第二次黑潮大弯曲的主要形成机制;而冲绳海槽北部海水的位势涡度负异常则有利于九州岛东南反气旋再循环流海域海面高度正异常,有助于第一次和第三次黑潮大弯曲路径的形成。     

TRMM海表降水率同化在热带气旋Danas(2001) 数值模拟中的应用研究

研究了TRMM/TMI海表降水率资料的四维变分同化在热带气旋(TC)数值模拟中的作用.使用中尺度气象模式MM5设计了若干数值试验模拟了TC Danas(2001)由热带低压初生到台风生成的发展过程.在满足MM5模式动力约束的前提下,将TRMM海表降水率资料直接同化进入较高分辨率(18 km)的模式初始场.结果表明,使用MM5模式的4D-VAR同化系统直接同化TRMM/TMI海表降水率资料是可行的.这种做法提高了TRMM资料的利用率,不仅在模式初始场中加入了更多实测信息,而且避免了两次同化(1DVAR+4DVAR)可能引起的误差.直接同化TRMM资料通过调整气压、温度、湿度等要素初始场,改善了模式对热带气旋结构(如暖心、涡度、散度)的描述和降水的模拟.在此基础上,同化不仅改进了对Danas强度的模拟,而且成功地模拟了热带气旋环境场的演变过程,因而改进了路径的模拟.     

盐度对长江口3种滤食性贝类滤水率、摄食率、同化率的影响

采用实验生态学方法研究了盐度对长江口缢蛏(Sinonovacula constricta)、河蚬(Corbicula fluminea)和光滑河蓝蛤(Potamocorbula laevis)滤水率、摄食率、同化率的影响。缢蛏组设6个盐度梯度(5,10,15,20,25,30),光滑河蓝蛤组设6个盐度梯度(5,10,15,20,25,30),河蚬组设6个盐度梯度(0,5,10,15,20,25),并测定了此3种滤食性贝类的生物学参数。结果显示,3种滤食性贝类的滤水率、摄食率和同化率随着盐度的上升而增加,当上升到一定盐度时达到峰值,然后随着盐度的升高而降低。盐度20时,缢蛏滤水率、摄食率和同化率达到峰值,分别为0.57L/h、5.38mg POM/h和0.72%。盐度10时,光滑河蓝蛤滤水率和同化率达到峰值,分别为0.46L/h和0.53%,摄食率在盐度15时达到峰值3.80mg POM/h。盐度5时河蚬滤水率和摄食率都达到峰值,分别为0.39 L/h和2.48 mg POM/h,同化率在盐度0时已达到峰值0.51%,并随盐度上升而下降。上述结果表明,盐度对3种滤食性贝类的3个摄食生理指标均有显著影响。     

数据同化在海洋生态模型中的应用和研究进展

将数据同化方法引入海洋生态系统动力学模型研究,利用现有的观测数据,获得最佳的模式参数、初始场或提高状态模拟,是当前多学科交叉研究的热门领域。本文依据国内外研究进展,主要就海洋生态模型研究中所采用的变分伴随、卡尔曼滤波、模拟退火法方法进行了介绍,总结了数据同化在我国的海洋生态系统研究中的现状和发展趋势。     

考虑预报偏差的迭代式集合卡尔曼滤波在地下水水流数据同化中的应用

集合卡尔曼滤波（Ensemble Kalman Filter,EnKF）方法已广泛应用于地下水水流和污染物运移模拟相关问题的求解。但前人研究多建立在同化系统预报模型是准确的基础上,忽视了模型概化的不确定性。当模型概化不准确时,将导致预报偏差,可能带来错误的系统估计。因此,文章提出考虑模型预报偏差的迭代式集合卡尔曼滤波（Bias aware Ensemble Kalman Filter with Confirming Option,Bias-CEnKF）方法。以地下水水流数据同化为例,研究模型概化存在不确定条件下,边界条件、初始条件、源汇项概化不准确时新方法的有效性。结果表明,当预报模型概化不准确时,使用标准EnKF方法进行数据同化,可能会导致滤波发散,造成同化失败。Bias-CEnKF方法不仅保留了较好的同化性能,同时减小了参数、变量、偏差项非线性关系带来的不一致性。针对文章中4种情景,Bias-CEnKF同化获得的含水层渗透系数场以及水头场均接近真实场,且预报结果可靠。本研究进一步提升了模型概化不确定时EnKF方法的适用性,为实际野外复杂条件下地下水水流数据同化问题提供了可靠的方法。     

Impact of 4DVAR assimilation of rainfall data on the simulation of mesoscale precipitation systems in a mei-yu heavy rainfall event

The multi-scale weather systems associated with a mei-yu front and the corresponding heavy precipitation during a particular heavy rainfall event that occurred on 4 5 July 2003 in east China were successfully simulated through rainfall assimilation using the PSU/NCAR non-hydrostatic, mesoscale, numerical model （MM5） and its four-dimensional, variational, data assimilation （4DVAR） system. For this case, the improvement of the process via the 4DVAR rainfall assimilation into the simulation of mesoscale precipitation systems is investigated. With the rainfall assimilation, the convection is triggered at the right location and time, and the evolution and spatial distribution of the mesoscale convective systems （MCSs） are also more correctly simulated. Through the interactions between MCSs and the weather systems at different scales, including the low-level jet and mei-yu front, the simulation of the entire mei-yu weather system is significantly improved, both during the data assimilation window and the subsequent 12-h period. The results suggest that the rainfall assimilation first provides positive impact at the convective scale and the influences are then propagated upscale to the meso- and sub-synoptic scales.
Through a set of sensitive experiments designed to evaluate the impact of different initial variables on the simulation of mei-yu heavy rainfall, it was found that the moisture field and meridional wind had the strongest effect during the convection initialization stage, however, after the convection was fully triggered, all of the variables at the initial condition seemed to have comparable importance.     

大气掩星反演误差特性初步分析

GPS大气掩星探测技术可以获得全球大气折射率、气压、密度、温度和水汽压等气象参数,该技术基本原理是基于几何光学近似的Abel积分反演.地球扁率、电离层传播时间延迟、大气大尺度水平梯度、多路径传播现象等因素在某些高度范围影响大气反演的精度.本文采用模拟的方法,分析其中地球扁率及电离层对反演结果的影响,并讨论局部圆弧修正及电离层修正的效果.利用CHAMP掩星实测轨道数据和有关电离层和大气经验模式、采用三维射线追踪方法模拟计算几种情形下的GPS掩星观测附加相位数据,对模拟数据进行反演,将反演气象参量剖面与模拟时给定模式剖面进行比较,得到了0～60 km高度范围内的反演误差.误差统计分析结果表明,局部圆弧中心的修正以及电离层修正,对于高精度的GPS掩星反演是非常重要的;电离层修正残差仍是制约30～60 km高度范围内反演精度的重要因素,进一步完善和优化大气掩星反演需要发展新的电离层修正算法.     

洱源-江川宽角地震剖面的地壳反射特征

通过对洱源-江川宽角反射地震资料的叠前偏移处理成像,得到了一个类似于近垂直入射多道地震数据的记录剖面.反射剖面图像与地壳速度结构共同揭示出地壳厚度由剖面西北端(约45 km)向东南端(约40 km)减薄.在洱源-楚雄西北附近深度约10 km处存在一组向东南倾斜的强反射震相,其东南约50 km处存在向西北倾斜的强射震相.易门断裂两侧地壳反射属性具有明显的差异,易门断裂之西北方向深度25～40 km处,中下地壳内存在两组强振幅,向东南方向上倾的地震反射同相轴,并被楚雄-建水断裂后期所错断,易门断裂之东南方向上,地壳内反射较为均一,未见特别明显的强间断面反射信息,这个反射结构被解释为印度板块东向俯冲与藏东缘地壳物质东向逃逸综合作用导致下地壳增厚和厚地壳变形的结果.     

混合截断尺度Blending方案及其在西南区域模式中的应用

西南区域地形复杂多样,产生的灾害性天气系统往往具有多尺度特征,各个尺度的波动信息均影响着天气系统的发生发展。为了在循环同化过程中及时并恰当地引入来自全球模式背景场的信息,修正区域模式对大尺度波段信息的分析和预报偏差,本文以西南区域为研究背景,根据不同类型模式变量的长度尺度特征,将风场的截断尺度与温湿变量的截断尺度进行差异化设置,提出了混合截断尺度的Blending方案,并基于西南区域循环同化系统进行了为期一周的批量循环同化试验和个例结果诊断分析。结果表明,统一和混合截断尺度的Blending方案均能减小循环同化过程中的分析和预报偏差,而混合截断尺度的Blending方案通过对动力场和温湿场采用不同的截断尺度,分别引入更符合动力场和温湿度场尺度特征的全球背景场信息,进一步减小了区域背景场的偏差,提高了循环同化分析的连续性和气象要素预报的准确度。在降水个例分析中,模式在地形陡峭区域出现了明显的降水虚报和落区偏差,混合截断尺度Blending方案能进一步降低大量级降水的虚报率,改进了对降水量级和落区的预报,提高了降水预报准确度。     

3种处理对纤细角毛藻生长及细胞生化组成的影响

纤细角毛藻(Chaetoceros gracilis)是海水养殖育苗过程中重要的饵料生物,其生长速度和营养成分组成对育苗的效率和质量都有重要意义.本研究通过单因子试验研究了温度、盐度和超声波3种处理方式对纤细角毛藻生长、蛋白质和总脂占比的影响.结果表明,温度和盐度都显著影响纤细角毛藻的生长,5~40 min的超声波处理不影响纤细角毛藻的生长;纤细角毛藻生长的最适条件是温度为25℃,盐度为25;3种处理方式对纤细角毛藻的蛋白质和总脂占比都有显著影响,其中超声波处理影响最显著,短时间处理(5 min)能使蛋白质占比达到最高值,长时间处理(40 min)能使总脂占比达到最高值.本研究的实验结果可以作为饵料微藻二段培养所采用条件的参考依据.