Middle-high latitude N2O distributions related to the Arctic vortex breakup

The relationship of N2O distributions with the Arctic vortex breakup is first analyzed with a probability distribution function （PDF） analysis. The N2O concentration shows different distributions between the early and late vortex breakup years. In the early breakup years, the N2O concentration shows low values and large dispersions after the vortex breakup, which is related to the inhomogeneity in the vertical advection in the middle and high latitude lower stratosphere. The horizontal diffusion coefficient （Kyy） shows a larger value accordingly. In the late breakup years, the N2O concentration shows high values and more uniform distributions than in the early years after the vortex breakup, with a smaller vertical advection and Kyy after the vortex breakup. It is found that the N2O distributions are largely affected by the Arctic vortex breakup time but the dynamically defined vortex breakup time is not the only factor.     

南疆暴雨研究进展

南疆地区位于欧亚腹地,属于典型的温带大陆性干旱气候,受复杂地形地貌、天气系统路径以及特殊的大气环流与水汽条件等影响,暴雨突发性强且地域性特征显著。目前,全球数值预报模式及中尺度数值模式对南疆暴雨的预报能力十分有限,近年来,许多研究团队在塔里木盆地进行了大型外场观测试验,对揭示南疆暴雨的机制机理有了更多启示,对造成南疆暴雨的对流触发机制、高低空系统配置及演变特征、降雨云物理过程等都有了更为深入的认识。本文对南疆暴雨的气候特征、大尺度环流背景、中尺度系统发生发展、水汽输送、降水动力机制等方面进行了总结回顾,并提出了需要进一步研究的科学问题,以期为进一步开展南疆暴雨研究、提高暴雨预报准确率及防灾减灾能力提供参考。     

1961—2016年中国西北地区陆地水分收支的年代际变化特征

利用观测气象数据集（CN05.1）、地表水文数据集（VIC-CN05.1）以及大气再分析数据（JRA55）分析了我国西北地区1961-2016年暖季（5-9月）陆地水分收支的长期和年代际变化特征。通过对陆地水分收支（Land Water Availability,LWA）时间序列作Mann-Kendall突变检验,将1961-2016年划分为3个时段进行进一步分析（P1：1961-1978年;P2：1979-2008年;P3：2009-2016年）。主要结论如下：在1961-2016年间西北地区LWA呈上升趋势,区域平均的LWA时间序列具有明显的年代际特征。三个时段的LWA距平百分率分别为-5.45%、-0.46%和13.99%,总体表现为"减少-不变-增加"的特征,尤其是近些年地表水资源增加明显。三个时段的LWA距平百分率空间分布差异显著,尤其在新疆中部、甘肃东部和陕西。西北地区总体上水汽通量输送和垂直速度与降水年代际变化特征基本一致,且区域特征明显。西北地区蒸发受降水、向下长波辐射通量和风速变化影响显著。     

海底输油管道底砂床冲刷机理研究

设计了海底输油管道水槽冲刷试验模型,研究了海底输油管道与砂床处于不同相对位置情况下床砂起动流速的变化,采用理想流体映射定理对其进行了理论分析,探讨起动流速变化规律。结合有限元数值模拟对试验进行细化分析,研究了海底管道底砂床砂粒起动的产生机理,根据研究结果将冲刷过程划分为五个阶段。阐明了海底管道暴露冲刷的危害性和实时监测的重要性。     

南海中部海域障碍层特征及其形成机制

南海中部海域(10°~19°N,108°~122°E)存在显著的季节变化的障碍层.障碍层发生概率夏季最大(52.8%),秋季次之(41.0%),春季最小(10.5%).夏季(2000年8~9月)障碍层最显著,平均厚度约为14.2m;除114°E以东、吕宋岛以西海域为障碍层的多发区外,中南半岛东南海域(12°~14°N,110°~114°E)也存在显著的障碍层;春季(1998年4~6月)和秋季(1998年12月)障碍层平均厚度分别为6.8和11.2m,障碍层多位于114°E以东、吕宋岛以西海域.此外,吕宋岛以西海域(12°~16°N,116°~120°E)及中沙和西沙群岛附近(16°~18°N,110°~116°E)海域障碍层年发生几率超过20%,相对而言,其他海域障碍层年发生几率偏小.降水机制和层结机制分别是南海中部海域春、夏季和秋季障碍层形成的主要原因.其中,降水机制及东南向的Ekman平流较好的解释了春、夏季吕宋岛以西附近海域成为障碍层多发区的原因;此外,强降水是夏季中南半岛东南海域(12°~14°N,110°~114°E)障碍层产生的关键,反气旋涡(暖涡)有助于形成更强的障碍层,上升流对障碍层的影响有待进一步研究.     

青岛奥运水域主要污染物环境容量的预测

通过对青岛奥运水域现场调查和资料分析,确定了奥运水域污染物的主要来源和主要污染物,然后在潮流模拟的基础上,利用物质输运方程数值模拟了2000~2003年污染物浓度的空间分布,其结果与现状调查基本吻合。最后再利用该输运方程,预测了奥运帆船水域的化学需氧量(COD)、氨氮(NH4 -N)、总磷(TP)的环境容量(中潮时分别为:69.948 t/d,7.46 t/d,0.5455 t/d),为奥运水域的目标管理提供科学依据。     

生物土壤结皮铁代谢微生物组成及其功能基因对演替的响应

采用微生物宏基因组学微阵列GeoChip 5.0技术,选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同年代人工固沙植被区的生物土壤结皮（BSC）为对象,分析BSC演替过程中参与铁代谢的功能微生物组成及其功能基因变化特征,研究微生物铁代谢对BSC演替的响应及调控。结果表明：真菌参与铁吸收和转运过程,古菌参与铁转运和贮存过程,细菌则在铁代谢吸收、转运和贮存过程中均起主要调控作用。门水平上,BSC铁代谢功能微生物组成变化对演替的响应不敏感,BSC铁代谢微生物主要为变形菌门（Proteobacteria）。BSC铁代谢功能基因多样性的显著提高和三类铁代谢过程基因信号强度达到最高水平需要经过61 a的演替。调控BSC铁吸收过程的主要功能基因为亚铁氧化酶编码基因iro;调控原核生物铁转运过程的主要功能基因,为羟基苯甲酰丝氨酸铁外膜转运体编码基因cirA和Fe（Ⅱ）转运蛋白编码基因feoB,真菌铁转运过程主要依靠含铁细胞转运体和铁氧化酶高亲和力的作用;调控铁贮存过程的主要功能基因为固定相类核蛋白编码基因dps。在BSC演替阶段末期,上述铁代谢功能基因强度的显著增加促进了微生物的铁代谢潜能。干旱、半干旱荒漠生态系统植被恢复过程中微生物铁代谢潜能的恢复需要较长时间。     

闽江口及周边海域沉积物输运及资源效应

河流入海泥沙的大部分主要分布在河口、三角洲及近岸陆架地区,发育一系列的粗颗粒沉积体系,是海砂资源重要分布区。本文以福建闽江口为研究对象,初步探讨了沉积物输运过程及海砂资源的形成机制。观测结果表明,闽江河口水体盐度由河口内部向口外海域逐渐增大,水体浊度总体减小;闽江河口附近海域近底部(距离海底25cm)流向表现出一定的旋转流特征,潮周期内余流表现为向海输运,而推移质输运主要发生在涨潮期间,并且潮周期内净向陆输运。表层沉积物粒度分析结果表明,闽江河口水下三角洲前缘表层沉积物主要由粗颗粒物质组成,沉积物类型以砂和砂质粉砂为主,中值粒径小于4Φ;前三角洲地区表层沉积物主要由细颗粒物质组成,中值粒径介于4Φ—6Φ之间。沉积物粒径趋势分析结果表明,闽江入海泥沙经梅花水道和长门水道入海后,在盐淡水混合、径流、潮流的作用下,在闽江河口形成了四个粗颗粒沉积物汇聚区,成为闽江口地区海砂资源的重要分布区;而细颗粒物质在河口羽流和潮流的作用下向偏东方向输运,形成了以黏土质粉砂为主的前三角洲。     

吕宋和台湾岛以东黑潮季节与年际变化规律的对比分析

黑潮是北太平洋副热带环流系统的一支重要的西边界流。前人对不同流段黑潮的季节和年际变化进行了诸多研究,然而基于不同数据所得结论仍存在差异,尤其是不同模式计算所得流量差别很大,而且以往研究往往着眼于某一流段,对不同流段黑潮变化之间的异同及其原因涉及较少。本文基于卫星高度计数据,评估了OFES(Ocean generalcir culation model For the Earth Simulator)和HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)两个模式对吕宋岛和台湾岛以东黑潮季节与年际变化的模拟能力,进而对两个海域黑潮变化的异同及其物理机制进行了分析。结果表明:HYCOM模式对黑潮季节变化的模拟较好,而OFES模式对黑潮年际变化的模拟较好。吕宋岛以东黑潮和台湾岛以东黑潮在季节与年际尺度上的变化规律均不相同,且受不同动力过程控制。吕宋岛以东黑潮呈现冬春季强而秋季弱的变化规律,主要受北赤道流分叉南北移动的影响;而台湾岛以东黑潮呈现夏季强冬季弱的变化特点,主要受该海区反气旋涡与气旋涡相对数目的季节变化影响。在年际尺度上,吕宋岛以东黑潮与北赤道流分叉及风应力旋度呈负相关,当风应力旋度超前于流量4个月时相关系数达到了-0.56;而台湾岛以东黑潮的流量变化则受制于副热带逆流区涡动能的变化,且滞后于涡动能9个月时达到最大正相关,相关系数为0.44。本研究对于深入理解不同流段黑潮的多尺度变异规律及其对邻近海区环流与气候的影响具有重要意义,同时对于黑潮研究的数值模式选取具有重要参考价值。     

基于拉格朗日拟序结构的黑潮区域海流运输结构提取和分析

海流的拉格朗日运动对于研究物质输送有着重要意义,拉格朗日拟序结构(LCSs)作为研究海流结构的新型方法,相比于传统欧拉方法更为客观。本文提出了一种新的计算LCSs束的方法,基于25年的平均速度场,利用变分方法计算得到黑潮区域的气候态LCSs,并通过简化合并的方法得到了气候态LCSs束,该LCSs束能够突出地显示出海流特性和运输模式,其代表的平均拉格朗日环流有很强的约束作用,且具有鲁棒性。最终我们获得了气候态下12个月份的流场结构图,揭示了月周期性拉格朗日环流规律。本文还利用虚拟粒子输运、多年浮标轨迹以及气候态温盐异常3种方法进行了验证,与拉格朗日运输模式相吻合,证明了海流拉格朗日拟序结构的准确性和可靠性。