Coupling winds to ocean surface currents over the global ocean

A Wind stress–Current Coupled System (WCCS) consisting of the HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) and an improved wind stress algorithm based on Donelan et al. [Donelan, W.M., Drennan, Katsaros, K.B., 1997. The air–sea momentum flux in mixed wind sea and swell conditions. J. Phys. Oceanogr. 27, 2087–2099] is developed by using the Earth System Modeling Framework (ESMF). The WCCS is applied to the global ocean to study the interactions between the wind stress and the ocean surface currents. In this study, the ocean surface current velocity is taken into consideration in the wind stress calculation and air–sea heat flux calculation. The wind stress that contains the effect of ocean surface current velocity will be used to force the HYCOM. The results indicate that the ocean surface velocity exerts an important influence on the wind stress, which, in turn, significantly affects the global ocean surface currents, air–sea heat fluxes, and the thickness of ocean surface boundary layer. Comparison with the TOGA TAO buoy data, the sea surface temperature from the wind–current coupled simulation showed noticeable improvement over the stand-alone HYCOM simulation.     

The connection between Labrador Sea buoyancy loss, deep western boundary current strength, and Gulf Stream path in an ocean circulation model

The sensitivity of the North Atlantic gyre circulation to high latitude buoyancy forcing is explored in a global, non-eddy resolving ocean general circulation model. Increased buoyancy forcing strengthens the deep western boundary current, the northern recirculation gyre, and the North Atlantic Current, which leads to a more realistic Gulf Stream path. High latitude density fluxes and surface water mass transformation are strongly dependent on the choice of sea ice and salinity restoring boundary conditions. Coupling the ocean model to a prognostic sea ice model results in much greater buoyancy loss in the Labrador Sea compared to simulations in which the ocean is forced by prescribed sea ice boundary conditions. A comparison of bulk flux forced hindcast simulations which differ only in their sea ice and salinity restoring forcings reveals the effects of a mixed thermohaline boundary condition transport feedback whereby small, positive temperature and salinity anomalies in subpolar regions are amplified when the gyre spins up as a result of increased buoyancy loss and convection. The primary buoyancy flux effects of the sea ice which cause the simulations to diverge are ice melt, which is less physical in the diagnostic sea ice model, and insulation of the ocean, which is less physical with the prognostic sea ice model. Increased salinity restoring ensures a more realistic net winter buoyancy loss in the Labrador Sea, but it is found that improvements in the Gulf Stream simulation can only be achieved with the excessive buoyancy loss associated with weak salinity restoring.     

A Sensitivity Study of Arctic Ice-Ocean Heat Exchange to the Three-Equation Boundary Condition Parametrization in CICE6

In this study, we perform a stand-alone sensitivity study using the Los Alamos Sea ice model version 6(CICE6) to investigate the model sensitivity to two Ice-Ocean(IO) boundary condition approaches. One is the two-equation approach that treats the freezing temperature as a function of the ocean mixed layer(ML) salinity, using two equations to parametrize the IO heat exchanges. Another approach uses the salinity of the IO interface to define the actual freezing temperature, so an equation describ...     

云南边境生态环境数据组织管理研究

生态环境数据合理有效地组织与管理,对于开展区域生态环境研究意义重大。本文首先探讨了生态环境数据组织管理的基本流程。在此基础上,指出生态环境数据分类编码与元数据的规范化,以及生态环境模型的设计是实现生态环境数据组织管理的难点所在。随后,笔者以云南边境地带生态环境数据为例,提出了生态环境数据分类编码与元数据方案。并且在深入剖析生态环境数据特征的基础上,重点研究了生态环境数据的建模方案,提出了生态环境辅助数据模型(EcoADM)。最后,简要介绍了云南边境生态环境数据库管理原型系统的建设。     

伪谱法弹性波场数值模拟中的边界条件

边界条件问题长期以来一直是困扰地震波数值模拟研究者的一个难题,许多人都提出了有效的方法,但是该问题仍然需要研究.本文针对伪谱法地震波场数值模拟的特殊要求,即所有网格点相互耦合,且傅立叶变换的周期性使得方程在网格边界上很难得到一个吸收的替代方程,研究衰减边界条件中衰减系数的变化对边界反射波衰减效果的影响.数值实验结果说明,随着衰减系数的增大,振幅衰减加快,用很少的过渡带网格就可以使边界上的反射波能量很小.但是如果衰减率过大,就会在传播区和过渡带产生干扰波场.因此,在衰减系数的选择上应采取折中办法,即在取某一较小的衰减系数的前提下,设置较少的过渡带网格数使边界的能量反射最少.     

机载激光雷达对青岛及周边海域的气溶胶探测

工作波长为532 nm的机载大气环境探测激光雷达AEDAL（Atmospheric Environment Detecting Airborne Lidar）装载在CMS_3807飞机上,于2005年11月7～11日期间在青岛地区及周边海域上空进行了飞行探测.此次实验的目的有两个：验证我国用于大气环境探测的激光雷达技术已经具备从地基向空基乃至天基发展的条件;获得青岛地区及周边海域边界层结构及大气气溶胶时空分布变化的特点.激光雷达的高时空分辨率为获取飞行路径上的边界层结构及气溶胶时空分布提供了可能.为了研究下垫面对边界层及气溶胶时空分布的影响,预定的飞行路径上包含了丰富的地形变化,有城市、丘陵、海区等.通过给出11月8日及11日的探测结果,不仅得到了不同地区边界层结构及气溶胶的时空分布特点,还可以看到冷锋、地形、地面气象场等因素对它们的影响.     

北太平洋对人为二氧化碳吸收的数值模拟

采用一个开边界海盆尺度环流模式研究人为CO2在北太平洋的吸收和分布,并与闭边界模式的模拟结果进行了比较.模拟结果表明,西北太平洋和赤道东太平洋是两个重要的人为CO2汇.使用较大的等密度面扩散系数使得西北太平洋人为CO2通量增大,而赤道海区通量减小（RUN2）.与闭边界模式相比,开边界模式中该两个区域的人为CO2通量都增加了.1800～1997年间,北太平洋共吸收人为CO2 2375GtC(1Gt=1×1015 g, RUN1).副极地海区是人为CO2的一个重要输出区,能输出人为CO2吸收量的38％～54％,而20°N～30°N海区是人为CO2的一个重要贮存区,占整个北太平洋的24％.开边界对于10°N以南太平洋吸收和贮存人为CO2有很大影响.与基于观测资料的估计相比,虽然模式低估了西北太平洋的人为CO2的穿透,高估了东北太平洋的人为CO2的穿透,但总的说来,模式比较好地估计了人为CO2在北太平洋的贮存.     

完全匹配层吸收边界在孔隙介质弹性波模拟中的应用

模拟弹性波在孔隙介质中传播,需要稳定有效的吸收边界来消除或尽可能的减小由人工边界引起的虚假反射. 本文在前人工作基础上,首次建立了弹性孔隙介质情况下完全匹配层吸收边界的高阶速度-应力交错网格有限差分算法,并详细讨论了完全匹配层的构建及其有限差分算法实现. 首先,本文通过均匀孔隙模型的数值解与解析解的对比,验证所提出的数值方法的正确性;然后,本文考察了完全匹配层对不同入射角度入射波和自由表面上的瑞利波的吸收性能,将完全匹配层与廖氏和阻尼吸收边界进行了对比,研究了这三种吸收边界在不同吸收厚度情况下对弹性波吸收能力. 数值结果表明,在孔隙介质中,完全匹配层作为吸收边界能十分有效地吸收衰减外行波,无论对体波还是面波,是一种高效边界吸收算法.     

极端干旱荒漠区典型晴天大气热力边界层结构分析

利用极端干旱区敦煌野外观测试验资料,分析了极端干旱荒漠区夏季典型晴天位温、风速、比湿等主要物理要素的垂直结构特征及其地表热力和近地层大气运动特征的日变化规律。发现在极端干旱地区夏季晴天大气热力边界层结构十分独特。在夜间,贴地逆温层最低在900 m以上,最厚可以达到1 750 m,逆温层上面的残余层一般能达到4 000 m左右的高度。在白天,位温超绝热递减层高达1 000 m,超绝热递减层上面的混合层最高达3 700 m,混合层顶上还有大约450 m甚至更厚的夹卷层。当白天对流层发展达到残余层以后,混合层的发展明显加快。风速和比湿垂直廓线特征很好地印证了大气热力边界层独特的结构特征,地表热力和近地层大气运动特征也为这种独特的大气热力边界层结构提供了较好的物理支持。     

模拟地震波传播的三维逐元并行谱元法

高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量矩阵与解向量的乘积运算,并将此运算平均分配至每一个CPU计算核心,此处理有利提升谱元法的并行计算效率...