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。     

基于Hkr值的北天山冰川侵蚀空间分布特征及其主控因素研究

确定冰川侵蚀的主控因素及其与各影响因素间的相互作用方式,不仅对深入认识冰川侵蚀的物理机制和理解冰川作用区地貌演化具有重要的意义,也是探讨构造、气候、地形间相互关系的根本。然而,以往的学者仅在构造活动略单一的区域研究冰川侵蚀的主控因素,致使对构造的影响认识不足,那么,构造是否是冰川侵蚀的主控因素呢？又是如何作用于冰川侵蚀？北天山第四纪冰川作用规模巨大,留下了丰富的冰川遗迹,其气候与构造条件也多样,因而成为探讨上述问题的理想区域。本文在北天山北坡自西向东选取了7个冰川流域,基于每个流域的Hkr值和冰川侵蚀影响因子的定性定量数据,分析了该区域冰川侵蚀的分布规律及其影响因素。结果表明,北天山各流域冰川侵蚀自西向东有减小趋势,该变化趋势是构造、气候、地形共同作用所致。其中,山顶高度和降水对冰川侵蚀的影响最显著,两者均通过对冰川规模施加作用来控制冰川侵蚀,而构造也可能通过影响顶点高程、积累区面积、冰川规模,进而作用于冰川侵蚀,但是其是否发挥主要作用有待进一步认识。因此,冰川规模可能才是导致北天山各冰川流域侵蚀差异的根本原因。     

A note on the role of meridional wind stress anomalies and heat flux in ENSO simulations

Four comparative experiments and some supplementary experiments were conducted to examine the role of meridional wind stress anomalies and heat flux variability in ENSO simulations by using a high-resolution Ocean General Circulation Model （OGCM）. The results indicate that changes in the direction and magnitude of meridional wind stress anomalies have little influence on ENSO simulations until meridional wind stress anomalies are unrealistically enlarged by a factor of 5.0. However, evidence of an impact on ENSO simulations due to heat flux variability was found. The simulated Nino-3 index without the effect of heat flux anomalies tended to be around 1.0° lower than the observed, as well as the control run, during the peak months of ENSO events.     

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...     

基于卫星遥感数据改进区域尺度的显热通量模型

以西北半干旱地区的内蒙古农牧交错地带锡林郭勒盟为研究区,以不同退化程度的草地为研究对象,通过叶面积指数计算各像元的动力传输粗糙度长度,以改进显热通量算法;并结合植被／土壤组分温度分别计算基于亚像元的植被／土壤的显热通量。由敏感性分析和模型验证表明,改进的显热通量算法能够提高区域尺度的能量平衡计算精度。     

基于经验模态分解和小波分解估算海气通量涡相关计算中的截断时间尺度

基于时长38天的海表风场实测数据,应用经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)和小波分解(Wavelet Decomposition, WD)这两种数据处理方法首先对涡相关法中的截断时间尺度(CutoffTimescale,CTS)进行估算,结果显示:基于EMD与WD方法估算出的CTS一般都在40秒左右(EMD的结果略小),远远小于传统涡相关法中CTS的取值(固定为10分钟),且EMD和WD的使用使得每一段数据都能够根据自身的湍流特点而获得合适的CTS; EMD方法和WD方法有效的去除了计算结果中的非湍部分,且对通量传输方向的刻画也更加合理,极大提高了通量的计算精度,所得通量与传统方法计算的通量偏差平均值高达45%;研究还对EMD和WD的优缺点进行了对比分析,结果表明EMD相比于WD有更高的自主性,而WD对信号的分离程度则更高。     

海气动量通量研究综述

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。     

Metal flux as an alternative parameter in evaluating the resource potential for co-rich ferromanganese crusts

We propose a geochemical parameter, “metal flux” in evaluating hydrogenetic Co-rich ferromanganese crust deposits in the Pacific seamount area, that is based on physical, chemical, and geological characterization of the integrated growth piles of crusts. We calculated the metal flux for fifteen sites from different depths ranging between 900-6000m from different seamounts. The secular and areal variations of metal flux indicate a strong geological controls, and also can be a reliable tool for estimating an economic potential of the crusts. The Co flux decreases with increasing water depth, followed by almost constant flux of Ni and Mn. The Al and Fe fluxes vary with regions, indicating higher values in the western regions near the island arc probably related to a supply from the Asian continents. The results imply that Co, a redox sensitive metal element, is controlled by redox conditions of seawater, while Fe and Al are by terrigenous input. The metal flux reflects global and regional conditions and controls the compositional diversity of metals, thus consequently, the parameter can be a reliable powerful tool to estimate or single out more potential areas.     

小振幅海洋内波的演变、破碎和所致混合

利用基于谱方法和MPI并行运算的数值模式SpectralModel,直接数值模拟了三维小振幅海洋内波的演变、破碎和所致湍流混合,指出导致其不稳定而破碎的为PSI(parametric subharmonic instability)机制;对于内波破碎所致的湍流混合过程,分析了跨等密度面扩散系数kρ、混合效率γ、浮力通量谱、动能谱以及势能谱等统计性质:内波破碎前,kρ和γ保持低值水平,浮力通量谱值为负,且集中在低波数段;内波破碎后,kρ和γ迅速增大,最大值分别约为0.9×103m2/s和0.18,浮力通量谱值在低波数段为负值,在高波数段为正值,这是因为层化湍流中势能向小尺度运动传递和动能向小尺度运动传递相比更为有效。在内波破碎、强湍流混合阶段,势能谱存在一谱段满足kz3律,P(kz)=0.2N2kz3。此外,与二维模拟结果相比较,导致内波不稳定而破碎的均为PSI机制,kρ、浮力通量谱、势能谱变化趋势大体一致;但三维数值实验中,内波破碎时间提前,湍流衰减加快;KE谱在高波数部分下降速度相对减小,更接近于kz3。     

东海陆扰海域铜、铅、锌、镉重金属排海通量及海洋环境容量估算

汇总并分析了20世纪80年代初以来东海陆扰海域重金属排海通量年变化规律及主要来源,应用多介质海洋环境中重金属迁移-转化模型,估算了东海陆扰海域重金属海洋环境容量。20世纪80年代初以来,东海陆扰海域铜、铅、锌、镉排海总量整体上呈不对称的倒"U"形变化趋势,基本符合"环境库兹涅茨曲线",20世纪90年代达到最大值,当前排海总量仍高于20世纪80年代初期的水平。东海陆扰海域铜、铅、锌、镉污染物主要来源于以河流为主的陆源排放,其中88.0%左右来源于河流排放,7.5%左右来源于排污口,只有4.5%左右来源于大气沉降。长江流域排海通量占东海陆扰海域排海总量的比例最大,平均为92.4%左右,钱塘江流域平均只有3.9%左右,闽江流域平均只有3.7%左右。东海陆扰海域铜、铅、锌、镉污染物海洋环境容量分别约为17.0,4.7,113.1,0.71 kt/a。当前铅、锌、镉污染物排海总量没有超过东海陆扰海域海洋环境容量,但铜的排海总量超过其海洋环境容量大约8%。