Farmland Abandonment Research Progress: Influencing Factors and Simulation Model

Farmland abandonment is a global problem and considered one of the most important areas in land use change research. Farmland abandonment research currently focuses on understanding the factors that affect farmland abandonment and developing scientific models to simulate farmland abandonment. The study reviewed the natural and political factors driving farmland abandonment and summarized the main models for farmland abandonment simulation together with their advantages and disadvantages. We discuss the main ecological effects of farmland abandonment and propose farmland abandonment research directions. The study found that: (1) the influence of labor cost change and ageing labor force on farmland abandonment needs further investigation, (2) simulation models for farmland abandonment must include the decision-making mechanism of individual farmers and focus on macro large-scale abandonment prediction models, and (3) the influence of farmland abandonment on landscape culture must be investigated in detail.     

Direct numerical simulation of flow over a slotted cylinder at low Reynolds number

Direct numerical simulation was conducted to investigate the flow past a slotted cylinder at low Reynolds number (Re) of 100. The slotting of cylinder affects the boundary layer separation, vortex formation position, recirculation region length and wake width, which are determined by the type of slit. The streamwise slit (SS1), T-shaped slit (SS3) and Y-shaped slit (SS4) act as passive jets, while the transverse slit (SS2) achieves an alternate self-organized boundary layer suction and blowing. The flow rate in slits fluctuates over time due to the alternate vortex shedding and fluctuating pressure distribution around the cylinder surface. One fluctuation cycle of flow rate is caused by a pair of vortices shedding for SS2, SS3 and SS4, while it is created by each vortex shedding for SS1. The wall shear stress and flow impact on the slit wall partly contribute to the hydrodynamic forces acting on the slotted cylinder. Taking into account the internal wall of slit, the transverse slit plays the best role in suppressing the fluid forces with drag reduction of 1.7% and lift reduction of 17%.     

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。     

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。     

日本“3·11”海啸引起的乐清湾共振研究

本文基于TELEMAC-2D模型建立太平洋区域海啸传播模型,模拟2011年日本“3·11”海啸事件下海啸波的传播。使用实测数据对该模型进行验证,在模型验证良好的基础上分析日本“3·11”海啸事件对乐清湾的影响。通过频谱分析得到“3·11”海啸激发的乐清湾内240、180和103 min这3个主导模态的幅值及其相位。通过白噪声实验对乐清湾的固有共振特征进行估算,进一步支持了乐清湾在上述3个模态发生共振这一结论。白噪声实验还表明,海啸等海洋灾害发生时会在乐清湾湾顶及湾口处产生较大的增水,该结论对乐清湾内海洋灾害风险防范具有指导意义。     

南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——震源子波检测及模拟分析

在野外采集中考察气枪的稳定性以及室内进行确定性子波反褶积处理,都要求能够获得气枪阵列的实时远场子波。从震源子波检测方法出发,阐述了近场子波采集、幅值转换及记录流程,并列举出实测近场子波时需要考虑解决的问题;接着介绍了震源远场子波的获取方法和主要途径;震源近场子波及远场子波的实测方案,检测震源子波所需的仪器设备和采集技术方法。文中分析了气枪子波的气泡干扰问题,虚反射与后续气泡震荡间的关系以及吸收衰减对子波的影响,并根据实测远场子波,对齐氏和范氏两种气体模型进行了模拟效果对比,结果表明:采用范氏气体模型所模拟的子波与实际子波更为吻合,模拟出的气枪的子波波形、振幅大小、气泡周期上,与业界通用的Nucleus软件的模拟结果吻合较好,在后续的使用中将继续优化。     

胶州湾潮余流和物质输送之间的关系

基于MIKE21的HD模型,通过模拟得到胶州湾的潮流场,胶州湾在涨急时最大流速1.04m/s,落急时最大流速约为0.96m/s。胶州湾余流总体较小,平均为0.03m/s左右。并在湾内不同位置释放自由粒子,以MIKE21的Particle tracking模型计算出其在潮流作用下的运移轨迹,结果表明粒子大多数运移到湾内近岸区域,少部分在湾口区域附近;在潮流场基础上计算了欧拉余流场,并和粒子运移结果进行对比,表明欧拉余流场在区域流向比较一致时可以表示粒子运动的趋势,为物质迁移、控制污染等方面提供了一定的参考借鉴意义。     

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。     

碎冰条件下单点系泊船舶动态响应特性研究

为了研究不同单点系泊位置对极地系泊船舶在来冰角度改变时动态响应的影响,运用离散元方法(DEM),计算了船舶在60%密集度下,冰速为1.0 m/s、冰厚为1 m时不同角度的船冰阻力,结合系泊分析软件二次开发功能,计算分析系泊船舶在不同来冰角度和不同系泊位置下受上述冰情影响下的响应。通过对模拟结果与试验结果的对比,认为离散元方法(DEM)的数值模拟结果与试验结果吻合较好;单点系泊位置为距船头L/4时,系泊船舶能以最快速、最稳定的方式对来冰方向的变化做出响应。     

日照豪迈码头港池布局对泥沙输移影响研究

港池的布局会改变其周边海域水动力条件及其泥沙冲淤状况,为了进一步了解其影响程度,本文以山东日照豪迈重工临港厂区运输码头的改造工程为研究对象,利用平面二维数值模型MIKE21/3 Integrated Models,建立了潮流和波浪耦合作用下的泥沙输移数值模型,对该工程附近海域进行了波浪、潮流和泥沙输移的数值模拟。同时采用实测数据对数值模型进行了验证,数值模拟结果与实测资料拟合较好,表明MIKE21能有效地模拟运输码头及其周围海域潮流的变化过程。以日照豪迈重工临港厂区运输码头为依托,基于数值模拟结果,分析不同改造方案下的水动力条件和泥沙冲淤状况。结果表明:港池布局对水动力条件影响甚微,对地形地貌冲淤影响较大;模拟结果确定港池南向开口为最佳改造方案,为工程的规划和设计提供科学依据。