用南海西沙站观测资料诊断研究南海季风季节内振荡

应用Lanczos滤波和小波变换方法,对1958~2000年南海北部西沙站降水和1980~2001年850hPa风场观测资料进行分析,发现西沙站每日降水和850hPa风场都存在谱长度10~50d左右其峰值为10~20,30~50d的季节内振荡,降水和850hPa风场的季节内振荡都有明显的年变化.降水季节内振荡开始于5月中旬结束于10月中旬,与南海夏季风的爆发时间和终止时间一致.850hPa风场谱长度10~50d左右其峰值为10~20,30~50d的季节内振荡在一年中的大部分时间都存在.降水和850hPa风场季节内振荡的强弱年与南海夏季风的强弱年并不一致.研究表明南海夏季风存在季节内振荡,而南海夏季风与季节内振荡的关系比较复杂.     

风场对全球海洋CFC-11 吸收的影响

为了在中国科学院大气物理研究所的全球海洋模式(LASG/IAP Climate Ocean Model,LICOM)中研究不同的风场引起的海气传输速度对三氯一氟甲烷(CFC-11)在海洋中的分布和吸收产生的影响,同时选出更适用于LICOM模式模拟海洋对气体吸收的风场,本文做了4组对比实验,即传输速度为常数(实验-C)以及依赖3个不同风场(Esbensen and Kushnir观测风场(实验-EK)、National Centers for Environmental Prediction(NCEP)再分析风场(实验-NP)、QuikSCAT卫星风场(实验-QS))的实验。在对比分析中重点考察了CFC-11的海气通量、海表浓度、水柱总量、传输过程等。结果显示,不同风场带来的传输速度差异会造成模拟结果在局部海域存在显著差异,但在大部分海域的差异并不显著。而且随着积分时间的增加,从海气通量、存储量两方面可以看出,不同模拟结果之间的差异有着减小的趋势。如1955年1月北大西洋局部地区,不同的风场下的海气通量模拟结果间的差异达到20%左右,到了1995年1月这种差异下降到15%左右。此外,传输速度的选取依赖风场计算值的全球平均值(试验-C)会造成模拟结果相对偏小,而风速相对较大的QuikSCAT卫星风场资料在一定程度上使得模式模拟结果与观测资料更为接近。     

基于ASCAT微波散射计风场与NCEP再分析风场的全球海洋表面混合风场

通过星下点的计算得出ASCAT散射计、HY-2散射计单独观测以及双星结合观测的全球覆盖率,分析了中国南海海域双星结合观测对采样率的提升。同时详细介绍了利用NCEP风场、星载微波散射计风场,用时空加权分析法结合构建混合风场的具体程序,构建的混合风场时空分辨率达到6 h、0.25°,时间序列2012年1月1日—2012年3月31日,并且用实际浮标观测数据进行了检验,得到构建的混合风场与观测数据比较一致的结果。     

一种新型的非对称台风海面气压场和风场模型

采用台风外围闭合特征等压线等要素,对圆对称的藤田气压模型进行改进,推导出不含有关参数的非对称台风海面气压场和考虑到径向梯度风的风场模型,并利用该模型对给湛江地区造成了严重风暴潮灾的几次台风过程的海面气压场和风场进行了模拟。结果表明,改进后的台风气压场和风场模型更方便准确。     

海洋风场动态可视化研究

针对海洋环境数据多维、多格式及动态性的特点,在深入研究OSG三维可视化仿真平台的基础上,采用颜色映射与点图标映射,结合几何着色器与osg Earth三维虚拟地球场景,提出一套海洋风场可视化的方法.实验结果表明,本方法很好的实现了海洋风场动态可视化,为海洋环境的动态可视化提供了一个强有力的研究平台.     

双频共面合成孔径雷达海面风场反演

根据L/C双频共面SAR能够获取同一海域双波段电磁波后向散射系数,得到更多海洋目标特征信息的电磁散射特点,结合地球物理模型函数研究了一种新的SAR海面风场反演方法。利用L/C双频共面SAR的L和C两个波段的地球物理模型函数和后向散射系数等信息,通过地球物理模型函数联立以及构建和求解最小代价函数,直接从SAR数据本身获取海面风场信息,并借助辅助数据去除了风向的180°模糊,从而实现海面风场反演。仿真分析和海上机载同步飞行试验的研究结果表明,该方法可直接利用SAR数据本身获取精度较高的海面风速、风向;绝对辐射定标精度是决定海面风场反演精度的关键因素,海面风场反演误差随定标精度提高而减小;随着海面风速的增大,风速反演误差逐渐增大。论文提出的双频共面SAR海面风场反演方法解决了传统单波段单极化SAR海面风场反演存在的固有问题,机载同步飞行试验的海面风速和风向反演结果与调查船观测值的均方根误差分别为0.93 m/s和19.39°,可为星载SAR海面风场反演业务化和载荷研制提供支持。     

4种表层风场资料在北半球海域的适用性评估

为进行海洋表层风场的物理结构重建与基础理论溯源,需选用可靠准确且通过检验的高时空分辨率风场资料。本文利用NDBC、TAO和嵊泗站现场观测资料,在全面比较分析的基础上,对其中应用较广泛的CFSR/CFSv2、ERA-Interim、FNL和CCMP四种风场产品在北半球海域(北太平洋、北大西洋)进行了检验评估,得出结论:1)4种资料的风速都不同程度地低估了实际观测风速;在低风速区的风向偏差较大,风速越低,偏差越多;产品资料在远岸地区比近岸地区更接近实测资料,在高纬地区的效果优于低纬地区。2)通过比较4种产品资料与浮标实测资料的风向和风速的偏差、均方根误差、误差标准差和相关系数,发现CCMP资料是4种资料中整体效果最好的一种,而CFSR/CFSv2资料是较差的一种。3)嵊泗站观测平台资料与浮标观测资料验证的结论略有差异,结果显示:FNL资料是4种资料产品中效果最好的产品,ERA-Interim资料的效果仅次于FNL,而用浮标验证效果较好的CCMP资料在嵊泗站点效果却较差,CFSR/CFSv2资料是4种资料中效果最差的。4)通过分析4种风场资料的偏差分布发现,CCMP与ERA-Interim风场资料的偏差较小,而CFSR/CFSv2与FNL风场资料的偏差较小。CCMP资料与其他3种资料的纬向风偏差在海洋上以负偏差为主,陆地以及沿岸地区的偏差较大,且分布不均匀;经向风偏差分布中,南半球的正偏差区较为明显,而北半球的负偏差区则较为明显,但偏差程度要小于纬向风偏差。     

基于再分析数据的黄岩岛及邻近海域气象条件分析

采用美国NCEP-CFSR数据库资料,提取了1979—2010年的海平面大气要素场,在中国南海区域(0°～25°N、105°～125°E)和黄岩岛附近点(15°N、118°E),按日、月、年统计了32 a间海平面气压、海面2 m气温、海面2 m相对湿度、海面10 m风场基本气象要素特征。分析发现:黄岩岛及邻近中国南海区域属于赤道带、热带海洋性季风气候,其气候特征是:(1)海平面气压呈北高南低、冬季高夏季低的分布形势;黄岩岛日平均海平面气压冬季约为1 012 hPa,其他季节约为1 008 hPa,年平均海平面气压变化具有准5 a的周期;(2)全年平均气温较高,分布呈现北低南高,大陆低海面高,冬季低夏季高的特点;黄岩岛海面2 m气温日变化较小,年平均值约为27～28℃,年际变化上具有整体增加的趋势;(3)全年相对湿度较大,基本在60%以上,随季节变化明显,冬季较小,夏季较大;黄岩岛日平均相对湿度为80%,总体也具有略微增大的年际变化趋势;(4)受季风影响明显,冬季盛行东北季风,平均风速约为10～12 m/s,夏季盛行西南季风,平均风速约为4～8 m/s;黄岩岛海面风速的变化具有2.5～5 a的变化周期,年平均风速在5.3 m/s上下波动。     

2016年苏北近海风场和波浪场多时间尺度变化的数值模拟研究

利用高分辨率的大气和波浪数值模式,模拟了2016年苏北近海的风场和波浪场,并与卫星高度计资料、散射计风场、再分析资料以及实测浮标资料进行了比较,验证了模式的准确性。基于这套模式结果,系统地分析了江苏近海的风场和波浪场的多时间尺度变化:季节变化、日变化以及季节内变化(台风、寒潮)。分析结果表明:苏北近海海域的风速、有效波高和涌浪在冬季和秋季较大、春季和夏季较小;冬季盛行西北风,常浪向为西北向,夏季盛行东南风,常浪向为东南向。风场和波浪场还具有显著的日变化特征,且日变化存在季节变化规律,离岸越近海域日变化特征越明显。同时,江苏近海还会经历季节内尺度的强天气过程的影响,比如台风和寒潮。     

用AutoCAD分析成都市夏季地面风场特征

建立成都市夏季风流场不同监测点风向、风速数据库和风矢量数据库,采用Wendlell反平方内插法,在AutoCAD上绘制测试区域风矢量图,并与成都市地图叠加,分析夏季地面风场的特征,认为当地面风速处于1.5～2.0m/s时,市区容易形成风的辐合切变,其发生频率为90%;小风时,市区出现风辐合切变的频率为11.8%;当地面风速≥2.0 m/s时,市区几乎不出现风的辐合和切变.