Parallelization of the flow-path network model using a particle-set strategy

High-performance simulation of flow dynamics remains a major challenge in the use of physical-based, fully distributed hydrologic models. Parallel computing has been widely used to overcome efficiency limitation by partitioning a basin into sub-basins and executing calculations among multiple processors. However, existing partition-based parallelization strategies are still hampered by the dependency between inter-connected sub-basins. This study proposed a particle-set strategy to parallelize the flow-path network (FPN) model for achieving higher performance in the simulation of flow dynamics. The FPN model replaced the hydrological calculations on sub-basins with the movements of water packages along the upstream and downstream flow paths. Unlike previous partition-based task decomposition approaches, the proposed particle-set strategy decomposes the computational workload by randomly allocating runoff particles to concurrent computing processors. Simulation experiments of the flow routing process were undertaken to validate the developed particle-set FPN model. The outcomes of hourly outlet discharges were compared with field gauged records, and up to 128 computing processors were tested to explore its speedup capability in parallel computing. The experimental results showed that the proposed framework can achieve similar prediction accuracy and parallel efficiency to that of the Triangulated Irregular Network (TIN)-based Real-Time Integrated Basin Simulator (tRIBS).     

基于不同景观的LAI-ET时空协同效应研究——以蒙古高原和青藏高原为例（英文）

近几十年来,蒙古高原和青藏高原的增温速度高于全球变暖的平均水平,导致生态系统的结构和功能发生了显著变化。叶面积指数(LAI)和蒸散发(ET)在塑造陆地表面过程和气候方面发挥着重要作用。在文中,我们重点关注LAI和ET的时空变化及其相互关系。基于2000-2014年的MODIS产品,我们发现蒙古高原的LAI和ET之间存在普遍的正相关关系,而青藏高原则没有协同作用。总体而言,青藏高原LAI的显著增加(减少)区域占总面积的49.38%(50.62%),蒙古高原则为94.92%(5.09%);青藏高原ET增加区域面积占总面积的21.70%(124.10×10~3 km^2),蒙古高原为88.01%(341.60×10~3 km^2)。更重要的是,随着时间的推移,这种关系在整个空间中发生了很大的变化,并且在景观的某些部分发现了不匹配。需要通过观测和/或实验研究来探讨这些关系,包括植被特征及其干扰的影响。     

青岛近海物理-生物地球化学过程及其生态响应

近些年来,夏季黄海浒苔大规模暴发,并在青岛近岸海域大面积聚集,引起了广泛的关注。本文基于在夏季和冬季所获得的多学科调查资料,重点研究了青岛近海的水文-生物地球化学过程及其生态影响,阐明了该海域物理-化学-生物等多参数之间的耦合响应。研究显示,夏季黄海冷水团的边界可扩展至青岛近岸海域,并在局部涌升至上层水体,形成沿岸上升流;该上升流可对上层营养盐产生一定的补充,进而促进浮游植物的繁殖,并于底层海域对应形成溶解氧（DO）和pH的低值。夏季青岛近海的上升流可能还有利于随南风漂移至此的浒苔的生长,并在一定程度上引起浒苔的局地旺发;同时,夏季该海域特定的锋面系统对浒苔聚集的影响也不容忽视。冬季黄海暖流在苏北浅滩外侧向山东半岛南部海域延伸,扩展至青岛近海的暖水舌与近岸低温水之间的锋面特征明显,而且在向岸暖水与近岸冷水间还对应形成了明显的营养盐和叶绿素（Chl-a）锋面。该项研究从多学科交叉的视角,增进了对青岛近海物理、化学和生物过程之间耦合关系的认识。     

工程养护海滩对"803"风暴潮的响应过程研究

研究养护海滩对风暴潮的响应过程在人工养滩工程设计与施工中具有重要意义。老龙头养护海滩在竣工半个月后遭遇“803”风暴潮,导致岸滩滩肩最大蚀退 6.5 m,沙坝坝顶最大下蚀 1.2 m。在现场测量的基础上,利用 XBeach 建立风暴潮过程 的老龙头海滩海床演变模型,研究结果表明： （1） XBeach 模拟结果与实际地形变化侵淤趋势一致,风暴潮期间人工沙坝均向岸移动,但模拟结果的侵蚀程度更大,海滩响应更加剧烈; （2） 强浪条件下人工沙坝的透射系数为 0.29~0.42,常浪条件下透射系数为 0.45~0.95,因而人工沙坝在大浪条件下掩护作用更佳; （3） 风暴潮期间人工沙坝附近破波显著,坝顶流速明显增大,最大可达 1.21 m/s,是无人工沙坝情况下的 2.3 倍,而在人工沙坝向岸侧,因波能提前耗散,流速减为 0.28 m/s,是无人工沙坝时的 0.4 倍,且没有产生离岸流。老龙头养护工程整体泥沙损失较少,易于恢复.     

基于层次分析法的南麂列岛海域人工鱼礁社会效果评价

人工鱼礁建设具有生态效果、经济效果和社会效果。为科学指导人工鱼礁的建设方向,进一步促进海洋牧场建设以及海洋渔业资源和海洋生态环境的可持续发展,文章采用改进的层次分析法,从人工鱼礁与社会的适应性、对社会环境的影响、对社会生活的影响以及对其他行业发展的影响4个方面,选取政策符合性等10个评价指标,通过问卷调查的方式,对南麂列岛海域人工鱼礁的社会效果进行评价,填补该研究领域的空白。研究结果表明:根据各评价指标的权重和效果判定值,南麂列岛海域人工鱼礁产生了较好的社会效果,其中海洋生态环境、项目长远性、改善渔民生活质量和海洋捕捞业等指标发挥作用较大;未来将开展长期和连续的调查研究,提高评价可信度。     

辽宁省海洋服务新业态培育与法律保障研究

海洋服务业已成为海洋经济发展的重要引擎,"十三五"时期是辽宁省海洋经济加快转型升级的关键期,要求培育新动能、发展新模式。因此,培育海洋服务新业态对辽宁省海洋经济发展具有重要意义。文章针对辽宁海洋服务业发展滞后,规模偏小、区域发展不平衡,同质化严重、科技含量低,层次相对低下、与其他产业融合不足,资源整合较差等问题,提出培育海洋服务新业态重要路径为:积极发展四大产业,提高经济规模总量;优化产业区域布局,形成错位发展;提高科技含量,提升海洋服务业层次;促进海洋服务业与其他行业融合协调,提升资源整合度。法律保障措施为:完善法规体系、严格项目审批、提高执法水平、健全应急管理。     

多元统计分析在金川铜镍矿床两类矿石中的应用

应用聚类分析和因子分析对金川铜镍硫化物矿床样品及其微量元素进行了分析和科学分类,并对分类的样品进行R型因子分析,找寻在成矿作用过程中对成矿贡献起关键性作用的因子。因子分析结果表明,富矿类型的网状矿石与贫矿类型的星点状矿石的Ni,Cu矿化期存在着明显的差异性;网状矿石在成矿作用过程中,经受了晚期晚阶段的中、低温热液作用,使矿石中的主要成矿元素Cu产生了进一步的叠加和富集,并伴有Bi,Se,Te及贵金属元素的富集。因子分析的研究为脉动式多期多阶段的成矿机制模式提供了新的依据,同时,也为矿床中有用伴生元素的赋存状态及找寻提供了有用的成因信息。     

盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。     

舟山外钓山海岸边坡泥沙动力与冲淤演变特征

通过对研究区海域的水文泥沙进行现场测验,对比1960-1962年海图、1995年和2001年水下地形图三期地形数据和分析浅地层探测数据等方法,分析了舟山外钓山岛西海岸边坡的水动力、悬浮泥沙及冲淤特征,探讨了海岸边坡发育演变的模式与机制。研究结果表明,在基岩岬角海岸与潮流深槽的边界控制及往复潮流的作用下,舟山外钓山岛西海岸边坡演变是一个"上淤下冲"的模式,即边坡变陡至边坡土体失稳并在不定期外力触发下滑塌堆积坡脚,然后上部重新淤积、下部滑坡体不断被侵蚀的循环过程。     

基于新型探测资料对西安一次弱降水预报失误的原因分析

利用微波辐射计、激光测风雷达、多普勒雷达、相控阵雷达等新型探测资料、地面加密观测资料、ERA5再分析及多模式数值预报结果对2022年4月24日西安城区一次弱降水预报出现明显失误的原因进行分析,结果表明：(1)全球数值预报模式和中尺度数值预报模式对本次过程西安城区均报有明显降水,主要原因为模式对低层相对湿度预报明显偏大;(2)多种新型探测数据分析认为近地层湿度条件较差及中层的绝对水汽含量低,中层的干暖空气不利于成云致雨,垂直上升运动不强,且由于低层非常干燥,使水滴在下沉过程中蒸发,从而无法形成雨滴下落,这些原因共同造成西安城区无降水,低层相对湿度预报偏大是造成这次西安城区降水预报失误的主要原因之一;(3)造成西安城区近地层湿度条件差的原因是城市干热岛效应和低层干暖平流输送,且降水云团翻越秦岭后其湿空气绝热下沉至城区后出现增温降湿,使得城区形成较为深厚的干层,即使有雨滴在下落过程中也会造成更强的蒸发,这也是城区没有降水的重要原因之一;(4)预报员主观预报订正出现空报主要是源于对边界层水汽、抬升条件等关键降水要素缺乏订正能力,且对大城市的干热岛效应和秦岭山区地形影响研究不足。