海空重力测量及应用技术研究进展与展望(四):数值模型构建与综合应用技术

分析总结了海空重力测量数据向上和向下延拓技术的研究现状及发展方向,简要论述了海空重力测量多源数据融合处理技术的研究动态及发展前景,分析讨论了海空重力测量数据应用于地球外部重力场赋值和大地水准面精化技术的研究进展及发展思路,为海空重力测量数值建模与数据综合应用技术的未来发展提供参考。     

海洋固氮蓝藻Calothrix sp.与Lyngbya sp.固氮生理的研究

研究盐度、昼夜变化、温度及阿特拉津(光合系统Ⅱ抑制剂)对2种海洋固氮蓝藻Calothrixsp.strain(代号为MCT1)和Lyngbyasp.strain(代号为MCT6)固氮活性的影响。结果表明,MCT1在盐度10—48范围内具有相对较高的固氮活性,在盐度为30时固氮活性最高,达到0.687 2μmolC2H2.(g.h)-1;而MCT6随盐度改变固氮活性变化幅度较大,盐度为24时具有最高固氮活性,其活性为0.876 8μmolC2H2.(g.h)-1。MCT1和MCT6固氮活性的昼夜变化明显不同,具有异型胞的海洋固氮蓝藻MCT1白天的固氮活性明显高于夜晚;而无异型胞的MCT6最高固氮活性发生在晚上,白天固氮活性较低。一定浓度的阿特拉津通过抑制光合作用阻断能量和还原剂的提供,使藻体在较短时间内丧失固氮能力。加入阿特拉津后2种藻体的固氮活性与对照组相比有明显的变化,实验第3天开始MCT1的所有经阿特拉津处理的样品固氮活性丧失;MCT6经(50—1 000)×10-6阿特拉津处理的样品从实验第3天开始固氮活性完全消失。     

吕宋海峡输送年际变异数值研究

利用MITgcm数值模式1980—2001年的常规模拟输出数据,研究了吕宋海峡22年平均的体积、热量和盐量输送随深度的变化,并利用小波变换分别分析了吕宋海峡3个层次(0—145、145—915、915—1 837m)体积和热量输送的年际变化,主要结果如下。(1)在吕宋海峡1 837m层以下,仍有一定数量的西北太平洋海水(体积和盐)西向输送到南海;(2)915—1 615m层的年际体积输送的变化趋势与上两个层次(0—145m、145—915m)类似,但是在某些ENSO时期(如1985、1987、1991—1995年),其年际变化与145—915m层年际变化的位相相反;(3)吕宋海峡年际体积(热量)输送的小波谱图较明显地反映出ENSO现象对吕宋海峡不同层次的输送均产生一定影响。145—915m层次的吕宋海峡年际体积输送与ENSO现象相关性显著。     

珠江口近30a的SST变化特征分析

根据珠江口多个定点站近30a表层海水温度（SST）实测资料和气象站观测的气温资料，使用功率谱和小波分析方法，计算分析珠江口SST变化特点、上升趋势及其与El Nino／La Nino的响应关系．结果表明各月SST存在着1-2℃的海域差异，SST的年较差达10～11℃，SST的季节变化与全球气候变暖呈显著相关．1971-2003年SST呈显著上升趋势，其线性上升率为0．019～0．034℃／a，且珠江口外高于口内．El Nino／La Nino事件对珠江口SST变化的影响并非单一的对应关系．     

东、黄海海表面温度季节内变化特征的EOF分析

基于1998—2004年的TRMM/TMI卫星遥感海面温度(SST)数据,在初步分析东、黄海SST的季节分布特征的基础上,采用EOF方法分析了SST的季节内变化特征,进而对SST季节内变化的可能机制进行了探讨。EOF分析获得的前4个模态的累积方差贡献率为57.07%,其结果基本反映了东、黄海SST变化的主要物理过程。其中,EOF的第一模态的方差贡献率占30.17%,其空间模态揭示了以东海北部为中心的、整个海域SST变化趋于一致的特征,这一模态的显著变化周期为6.3周;第二模态的方差贡献率占14.36%,其空间模态呈现东南海域与西北海域SST的反相变化趋势,显著变化周期为8.7周和10.6周;第三模态的方差贡献率占7.02%,其空间SST变率最大的区域位于黄海海域,显著变化周期为6.8,8.7,10.2周等;第四模态的方差贡献率占5.52%,其空间SST变率最大的区域位于东、黄海近海,显著变化周期为6.8周。东、黄海SST季节内变化与此海区大气中的季节内振荡是紧密相关的。     

1980-2000年中国耕作土壤有机碳的动态变化

通过分析我国1980年来耕作土壤有机质的实测数据,对比研究了90年代末和80年代初两个时段土壤有机碳密度的变化特征,并对变化的原因和未来发展趋势进行了探讨。结果表明,总体上我国实测点位(或区域)耕作土壤平均有机碳密度在此期间略有增加。其中,华北黄淮海潮土和褐土区、下辽河平原棕壤农业区和长江以南的水稻土区增幅分别达19%(0.24 kg/m2)、14%(0.29 kg/m2)和16%(0.29 kg/m2);相反,云南砖红壤区、东北和内蒙的黑土和黑钙土区有机碳损失,下降幅度分别达27%(1.01 kg/m2)和3%(0.11 kg/m2)。黄土高原的黑垆土和黄绵土区,山西北部的褐土区、新疆西北部的灌耕土区没有明显变化。两时段有机碳密度的空间分布与气候带总体一致,但20年间有机碳含量变化与80年代初的初始含量呈显著负相关。有机碳含量在低值区增加与近年来农田轮作、施肥和灌溉面积增加等农作措施的改善有关,而高值区的下降则与耕作时间短、强度大和初始含量高有关。根据现有耕作土壤与未耕作状态的碳损失状况估算,如果能在未来30~50年通过合理的农业措施使土壤有机碳损失量恢复50%,则华北、西北、华中南、西南和东北地区分别可能具有约51%、26%、7%、17%和30%的增长空间,指示我国耕作土壤具有较大的碳汇潜力。     

长江口邻近海域溶解态铝的分布及季节变化

基于2006年6、8、10月对长江口邻近海域的大面调查资料,分析了溶解态Al的分布及季节变化,讨论了水团混合、悬浮颗粒物及浮游植物水华对溶解态铝分布的影响。结果表明,3个航次溶解态铝的水平分布规律相似,都是近岸浓度最高,随着离岸距离的增加浓度降低,6、8、10月溶解态Al的平均浓度分别为(119±77)、(109±80)和(138±73)nmol/L,统计结果表明该海域的溶解态铝具有明显的季节变化。影响溶解态铝分布的主要因素有水团混合、底沉积物的再悬浮以及浮游植物的调节作用。     

几种卫星测高海洋重力场模型精度比较分析

以中国南海部分海域作为试验区,依据测区船载重力测量结果分别对S&S V28.1、S&S V29.1、DTU15和DTU17卫星测高海洋重力场模型开展了精度评估与分析工作。首先利用EIGEN6C4超高阶位系数模型计算得到的参考重力异常,使用多项式拟合技术对船载重力异常进行了长波误差改正;然后借鉴3σ准则进一步控制船载重力测量结果质量;最后以RMS作为精度主要评价指标,完成了对4种海洋重力场模型精度评估。结果表明,4种海洋重力场模型检核精度整体相当,其中S&S V29.1检核精度略高于S&S V28.1,4种重力异常模型在试验海域精度大致在1.5~6mGal之间。试验结论对于后续重力场模型应用具有一定参考价值。     

基于中国第6～9次北极科学考察观测的季节冰区边界层逆温变化特征分析

利用我国第6～9次北极科学考察期间获取的大气探空资料,分析了北极季节冰区边界层逆温的时空变化特征及其成因。分析发现:(1)边界层逆温具有较强的年际变化和空间变化,高纬度密集冰区观测到更多的强逆温现象,逆温厚度与逆温层温差呈显著的对数关系;(2)不同年份边界层逆温的主要成因有所差别:海冰分布的差异导致不同年份的边界层逆温特征不同;表面融化、辐射冷却、多层云的结构和暖平流对不同冰情年份边界层逆温的贡献程度不同;(3)开阔水域和冰区边界层逆温的成因不同。表面融化和空气平流对冰区边界层逆温的形成起着非常重要的作用,而辐射冷却是开阔水域边界层逆温的主要成因之一。     

海冰快速减退背景下大气动量输入对波弗特流涡长期变化的影响

随着北冰洋海冰快速减退,气–冰–海系统发生显著变化,波弗特流涡也发生显著变化。本文使用实测资料和海洋大气再分析数据,探讨北冰洋波弗特流涡的长期变化和大气动量输入对波弗特流涡变化的影响。波弗特流涡的长期变化可以分为3个典型时期(1980–1995年,1996–2007年,2008–2018年)。最近时期(2008–2018年),波弗特流涡平均流涡强度达到4.39×10–7,相较于第1个时期(1980–1995年),流涡强度增加近2倍,达到稳定的状态。波弗特流涡范围扩大,主体向西北移动;上层海洋斜压性增强。与此同时,上层海洋环流主模态已发生显著转变:1980–1995年,环流主模态为影响整个加拿大海盆的加拿大海盆模态;2008–2018年的主模态则转变为影响整个研究海域的太平洋扇区模态。最近时期,表征气–海之间动量输入的气–海应力显著增加,尤其是夏末秋初的8–10月,与冰–海应力几乎相当。增加的大气动量输入带来平均动能增加,埃克曼泵压效应增强,下盐跃层深度加深,增加的大气动量输入进而导致近年来波弗特流涡的显著增强。加拿大海盆南部是大气动量输入的关键区。