中国东海海平面长期变化与趋势研究

From the analyses of the satellite altimeter Maps of Sea Level Anomaly(MSLA) data, tidal gauge sea level data and historical sea level data, this paper investigates the long-term sea level variability in the East China Sea(ECS).Based on the correlation analysis, we calculate the correlation coefficient between tidal gauge and the closest MSLA grid point, then generate the map of correlation coefficient of the entire ECS. The results show that the satellite altimeter MSLA data is effective to observe coastal sea level variability. An important finding is that from map of correlation coefficient we can identify the Kuroshio. The existence of Kuroshio decreases the correlation between coastal and the Pacific sea level. Kurishio likes a barrier or a wall, which blocks the effect of the Pacific and the global change. Moreover, coastal sea level in the ECS is mainly associated with local systems rather than global change. In order to calculate the long-term sea level variability trend, the empirical mode decomposition(EMD) method is applied to derive the trend on each MSLA grid point in the entire ECS. According to the 2-D distribution of the trend and rising rate, the sea level on the right side of the axis of Kuroshio rise faster than in its left side. This result supports the barrier effect of Kuroshio in the ECS. For the entire ECS, the average sea level rose 45.0 mm between 1993 and 2010, with a rising rate of(2.5±0.4) mm/a which is slower than global average.The relatively slower sea level rising rate further proves that sea level rise in the ECS has less response to global change due to its own local system effect.     

双拱初始缺陷海底管线水平向整体屈曲数值模拟分析

为了研究具有双拱反对称初始缺陷海底管线的整体屈曲特性,采用模态分析法将最可能出现的缺陷形态引入数值分析模型中。针对管线在高温高压作用下发生整体屈曲的动态变形特征,运用显式动力数值模拟方法研究了管线整体屈曲过程中水平向变形与轴向变形随温度和内压的变化规律,建立了在整体屈曲过程中屈曲管段与滑动管段轴力的变化过程与初始缺陷形态的关系。将数值模拟结果同经典解析解和室内模型实验结果进行对比,验证了本方法的可靠性。工程算例的分析结果表明,管线整体屈曲的发生是一个由低阶向高阶发展的过程,具有双拱缺陷的管线首先发生二阶模态的整体屈曲,而后过渡到四阶模态;管线整体屈曲的变形包括屈曲段的水平向变形和滑动管段的轴向缩进,其中水平变形释放了管壁内的轴力,轴力的释放量随初始缺陷尖锐程度的降低而增大;轴向缩进变形由于受到地基土的摩阻力使滑动管段内的轴力发生累积,轴力的累积量随初始缺陷的尖锐程度的降低而增加。以上研究成果对指导实际工程具有现实意义。     

象山港余流特征数值研究

基于Delft3D-Flow模块建立了象山港海域的三维斜压潮流数值模型,结合实测水文资料,研究了象山港的潮(余)流特征,对欧拉余流场的时空分布进行了定量的比较和分析,并与潮流测站计算分析得到的欧拉余流分布对比,很好的模拟了象山港的余流特征。结果表明:由湾外至湾顶,余流呈减小的趋势,湾外余流最大为33 cm/s,湾顶最小,余流平均仅5 cm/s。垂向上,表层余流大于底层余流,表层余流指向湾外,而底层余流则指向湾内。对比斜压、正压两种模式下的欧拉余流分布,可以看出湾顶附近主要受径流控制,两种模式得到的结果基本一致,口门至西沪港区域受径流和潮流的共同影响,斜压模式更准确地模拟出了水体层化和垂向余环流结构。     

一种CORS站高程序列噪声识别算法

针对能量密度谱判断噪声与信号主导模态分界点性能不稳定的问题,该文提出基于夹角余弦的分界点判断方法。该方法首先利用EEMD对CORS站高程数据进行分解,其次计算原始信号与各阶模态分量的夹角余弦值,最后根据夹角余弦值的首次逆向转折位置判定噪声主导模态和信号主导模态的分界点。以4个CORS基准站近20年原始高程时间序列信号为研究对象,对噪声与信号模态分量分界点进行判定,实验结果表明采用基于夹角余弦的判定方法可以一次判断出噪声和信号模态分量的分界点。该方法应用到CORS站高程信号与噪声序列的识别中性能更加稳定。     

中高纬度大气低频模态研究进展

大气低频模态是导致中高纬地区季节及气候变化的主要因素,加强低频模态动力机制的认识对于提高短期气候预测水平具有十分重要的科研意义和应用价值。由于中高纬大气低频环流本身的复杂性,关于其动力机制的研究仍然是大气动力学中重点难点问题。本文简单回顾了激发维持低频模态的前两种机制,即:外源强迫、气流的纬向非均匀性对大气低频模态的影响。从观测事实和模式结果出发,着重介绍了瞬变波与基本气流相互作用激发维持低频模态的第三种机制,且详细阐述了线性假设条件下,瞬变波与基本气流相互作用的动力机制。本文最后针对瞬变波与基本气流相互作用研究中一些尚未解决的问题进行了讨论。     

南半球中纬度偶极模态与亚洲—非洲夏季降水

南半球大气环流第一模态为南极涛动, 它表现出较好的纬向对称结构。本工作利用经验正交分解方法研究发现, 在南半球的东半球, 夏季(6~9月)大气环流还存在一个重要的模态。不同于南极涛动, 该模态表现为显著的纬向偶极分布, 本文定义其为偶极模态。在海平面气压场上, 该模态的解释方差可以达到20%以上, 表现出显著的年际变化特征。进一步的研究发现, 该偶极模态与亚非夏季降水存在密切联系, 尤其与我国华南、南亚以及热带非洲东部地区的夏季降水存在显著的正相关关系。机制分析表明, 南半球这一偶极模态的异常会影响东半球越赤道气流的变化, 从而造成向上述三个地区的水汽输送的多寡, 并最终导致这三个地区夏季降水发生变化。本工作揭示的偶极模态变化独立于南极涛动, 研究结果不但可以深化对南半球环流系统变化特征及影响的认识, 而且对亚非夏季降水的变化特征和机制研究也具有重要意义。     

经验模态分解方法在树木年轮宽度序列标准化中的应用

高分辨率的树木年轮是记录历史时期气候变化的良好生物载体,在古气候研究中被广泛应用。但年轮宽度与气候因子之间有着复杂的联系,这种关系受气候因子之间的相互制衡和因物种而异的树木生长节律的共同影响。在利用树木年轮开展历史时期气候变化的研究中,剔除树木年轮与年龄相关的生长趋势是准确获取气候信号的先决条件。然而,传统的和相对改进的一些树轮标准化方法在拟合并剔除树龄相关的趋势及非气候干扰信息方面仍存在一些问题。本文利用经验模态分解(EMD)方法进行树轮资料的标准化方法研究, 对已获得的树轮生长序列所记录的信息进行分解,得到一系列不同物理意义的本征模态分量,结合多样本信息的对比及生物学特性,深入解读各分量表征的气候变化、环境干扰及缓慢生长趋势项等不同物理意义,进而剔除非气候信息,得到可以准确反映气候变化的代用序列,并将该方法与目前广泛采用的标准化方法进行对比,分析不同方法的利弊所在,为进一步改进树轮标准化方法提供新思路。     

大风影响下的莱州湾西岸单站底层泥沙输运特征分析

基于2018年10月21日至11月6日莱州湾西岸连续站观测数据,本文利用集合经验模态分解、希尔伯特?黄变换和小波分析法对底层单宽输沙率的小尺度特征做分析,并针对观测期间出现的大风天气对泥沙输运的影响进行了探究。结果表明,单宽输沙率在观测时间段内具有高频、潮周期、低频以及长周期尺度变化特征,周期尺度从小到大。其中高频和潮周期分量方差贡献率及所含能量最高,对输沙率的影响最强。边际谱显示东西方向输沙率的显著周期为13.3 h,南北方向大于11 h的周期较为显著。观测期间底层净泥沙通量分别为东向305.77 kg/m、南向597.25 kg/m,余流分量贡献最大,低频和高频分量贡献最小。上强迫风场主要在风速衰减期通过湍流和波浪影响输沙速率的时频分布,使其低频变化显著增强的同时,产生1 h周期左右的高频波动。交叉小波分析显示,风速和单宽输沙率在低频波段上相干性较强,且单宽输沙率会滞后风速1/4至1/2个周期。另外,风浪会增强泥沙输运的涨落潮不对称性,进而增加潮周期分量上的泥沙净输运。     

基于分层EOF的深海声速剖面时变特征建模

针对目前局部海域小时间尺度声速场建模方法未顾及不同深度区间内声速变化规律的问题,本文根据实测深海声速剖面的统计特征,提出了声速剖面分层方法,并进一步基于经验正交函数（Empirical Orthogonal Function, EOF）提出了局部小时间尺度的声速剖面分层时变模型构建方法。利用南海实测全海深声速剖面数据,分析了分层EOF第一模态系数和等效平均声速的日变化特征,并比较了不同拟合模型的精度。最后,利用试验海区的温度和潮汐数据分析了声速剖面周期变化的影响因素。结果表明： ①声速剖面分层EOF第一模态系数及等效平均声速具有日周期变化特征,上层声速日周期变化特征不明显,中层声速日周期变化特征较明显,下层声速变化较小但仍具有日周期变化特征;②局部海域小时间尺度声速拟合应考虑长期变化项的影响;③试验海区声速剖面EOF第一模态系数变化与温度显著相关,提取的声速剖面时变特征与海区潮汐周期特征基本吻合。     

塔里木盆地北缘一次局地极端暴雪天气异常机制及成因

2021年4月2日塔里木盆地北缘拜城县出现突破历史同期极值的灾害性暴雪。利用ERA5高分辨率再分析资料、自动气象站观测资料和FY-2G卫星资料,分析了极端暴雪天气环流异常、多尺度环流特征及物理机制。结果表明：（1）高层伊朗高压及低纬东风气流的异常导致中亚低涡与高原低涡异常结合,加强了低层异常东风气流,东风急流引导南海、孟加拉湾暖湿空气沿河西走廊到达塔里木盆地中部,使得水汽辐合及垂直上升运动加强,在地面辐合线触发下,产生极端降雪天气。地面冷高压稳定维持,导致塔里木盆地持续降温,而拜城位于海拔1000 m以上的浅山区,二者共同作用,造成拜城4月降水相态仍然为雪。（2）垂直位温梯度和西风异常导致湿斜压不稳定发展,形成低层锋生和高层及近地面湿位涡异常,而锋生作用和湿位涡异常又通过垂直运动变化影响降雪的发生发展。对于拜城而言,起决定作用的是中层的上升运动及300～500 hPa的垂直风切变。（3）中尺度云团不断发展并向东北移动经过拜城县上空,增加了降雪持续时间和降雪强度,移动方向和传播方向的一致性则决定了中尺度云团生消演变特征。研究结果可加深对塔里木盆地局地极端暴雪成因的认知,为精确预报、精准服...