高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的研发

全球气候模式对气候变率的预测存在很大的不确定性,这不仅影响气候研究的本身,也给我国政府相关决策带来困难。海洋是整个地球气候系统的一部分,海洋模式的准确性直接影响全球气候模式的可靠性。参数化是数值模式的动力核心之一,因此开发新的海洋模式参数化方案是改进气候模式的必经之路。针对高分辨率海洋模式,我们需要开展中小尺度海气相互作用、中尺度涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合、次中尺度、内波以及海流与海底地形相互作用等关键物理过程的研究,阐明海洋能量级串多重耗散路径和机制,以此建立从海面到海底全深度的适用于高分辨率海洋模式的关键物理过程参数化方案,以改进全球和区域海洋的模拟能力。     

中国ARGO大洋观测网试验

中国ARGO大洋观测网试验是由科技部基础研究司批准的首个实施“中国ARGO计划”的启动项目,旨在通过引进国际上新一代、先进的ARGO剖面浮标,在西北太平洋附近海域构建我国ARGO大洋观测网的框架,使之有权利共享将在全球海洋中建成的由3000个ARGO浮标组成的实时海洋观测网资料,丰富我国的海洋环境数据库,提高我国海洋和大气科学家在国际前沿科学领域中的研究水平和显示度,强化我国在国际ARGO计划成员国中的地位和作用。一、试验背景与设想国际ARGO计划是由美国、法国和日本等国家大气和海洋科学家于1998年推出的一个大型海洋观测项…     

Argo——成功的十年

由美、日等国科学家发起的国际Argo计划已经走过了10个年头,由3000多个自动剖面浮标组成的全球Argo实时海洋观测网也已于2007年10月末正式建成,成为全球海洋观测系统的重要支柱,迄今在全球海洋0—2000m深度范围内获取的温度、盐度和海流剖面资料总数已达56万余条,并正以每年10万条剖面以上的速度增加。随着Argo资料数量的快速增加和质量的不断提高。它们在海洋和大气等多个领域科学研究和业务活动中的应用也得到了长足发展,正有效地改变着人们对许多重大自然环境问题的认识,提高了人们对重大海洋和天气事件的预测预报能力。我国于2001年正式加入该计划,已经初步建立起我国的Argo大洋观测网,并在Argo资料的接收、处理和质量控制等方面积累了丰富的经验。但是,与其他国家相比,无论在重视程度和投入力度方面都还存在较大的差距。急需整合资源和力量,强化我国Argo大洋观测网的建设及其资料的应用研究,为应对全球气候变化做出更大的贡献。     

自持式剖面探测漂流浮标

在"十一五"期间,国家海洋技术中心承担的"自持式剖面探测漂流浮标"课题,突破了浮标高可靠性、浅海环境适应性、重量精确调整及我国自主北斗导航定位系统的应用等多项关键技术,成功研制了采用argos卫星系统定位和传输数据工作深度为2000m的深海自持式剖面探测漂流浮标工程样机及采用我国自主北斗卫星系统定位和传输数据的工作深度为400m的浅海型自持式剖面探测漂流浮标工程样机.多台工程样机取得了理想的海上试验效果,最大工作深度和完成的剖面测量次数均达到合同指标要求,测量数据与现场数据吻合.     

高分辨率气候系统模式的研制与评估

高分辨率气候系统模式是全球变化研究的重要研究工具,对于提升我国应对气候变化问题的整体实力有重要的应用价值。全球变化研究国家重大科学研究计划"高分辨率气候系统模式的研制与评估"项目通过5年的努力,成功研制和发展了我国高分辨率气候模式系统和其评估系统,建立了通量集合耦合平台,取得的主要成果有:(1)成功研发了全球高分辨率气候系统模式BCC_CSM2,其大气水平分辨为50km,海洋水平分辨为30km,它改进了模式中一些重要物理过程的参数化方案,使模式性能得到明显提高,对当今气候基本态的模拟与国际上现有模式性能相当,对东亚气候的模拟有部分优势,增强了对热带气旋、台风等中小尺度过程的模拟能力;(2)成功解决了与模式高分辨率有关的部分科学问题,如东亚地形问题和经纬度网格极地问题、与高分辨率相适应的模式动力框架问题、中国东部独特的冷季层云与青藏高原地形相关问题等;(3)自主研制了全球0.5°×0.5°网格的格点模式动力框架,具有良好稳定性和物理守恒性,建立了全球高分辨率格点大气环流模式,实现了"云-气溶胶-辐射数值集合系统"(CAR)与全球格点大气环流模式IAP4的耦合,揭示了云的次网格尺度结构是造成辐射计算差异最主要原因的物理机制;(4)建立了多大气模式交互集合耦合平台,集成了包括本项目支持研发的格点和谱模式在内的15个国内外知名的分量模式,成为研究海-气相互作用、噪音对气候影响的一种创新分析工具;(5)建立了包括东亚地区云与辐射、东亚-西北太平洋季风、热带偏差机理、云辐射反馈过程与ENSO模拟改进等的耦合气候系统模式评估体系,为评估、改进项目研制的高分辨率模式提供了重要参考和方向。所研发高分辨率气候系统模式的阶段性中低分辨率模式参与了第五阶段耦合模式国际比较计划(CMIP5),建立了业务气候预测系统,为国内外开展气候及气候变化科学研究提供了大量宝贵的模拟数据,为IPCC AR5的编写提供了科学参考依据,提升了我国在气候变化领域的影响力和气候预测能力。     

地球系统模式新型高分辨率网格系统研制与应用

气候模式是全球变化研究的基本工具之一,网格系统是模式空间离散化的平台,其直接决定着模式的空间解析度,并与模式框架的数值算法紧密互动、影响其精度和计算效率。随着对分辨率和模拟精度需求的不断提升,传统的大气和海洋模式网格分别面临着提高稳定性、计算精度以及计算时效性等诸多挑战。基于国内外现状和前沿,针对下一代地球系统模式和气候系统模式的发展需求,设定了研制具有自主知识产权的新型网格系统的研究目标。针对大气模式高分辨率准均匀网格、嵌套网格和相关数值算法的设计,以解决传统经纬度网格的计算效率和稳定性问题为主要目标,通过高精度算法降低准均匀网格及加密网格的印记误差。针对海洋环流模式设计新型正交网格,利用共形映射构造理论这一数学领域的最新进展,缓解传统网格中计算负载不均衡、海洋陆缘区域分辨率受限等问题。进一步针对关键海气耦合区域开展大气海洋网格协同设计,并开展高分辨率下的高效并行化、支持动态负载均衡和网格加密等功能。开展新型网格在我国自主研发模式和国际典型主流模式中的模式集成和评估。通过算法开源和支撑性数据集的开放使用,以及典型分辨率下的样例网格,为高分辨率模式的构建提供有效支撑。     

近岸海域水文气象资料综合监测浮标

本文介绍了一种无人值守的、适合于布放在近海、能实时连续的监测海洋气象环境数据、具备遥控功能的小型浮标测量系统.该浮标系统能够监测风速、风向、气温、湿度、气压等气象要素和波高、波周期、表层海水流速及流向、表层海水温度和盐度等海洋环境要素等,浮标可通过多种通信方式传输数据,是我国浮标监测网络的重要组成部分.     

大型海洋环境监测浮标的研究与应用

笔者所研究的大型海洋环境监测浮标在“十五”国家863计划的支持下,技术实现了突破,在海上得到了迅速推广应用。浮标能提供实时、连续的海洋气象环境监测数据,观测项目包括风速、风向、气温、湿度、气压等气象要素和波高、波周期、表层海水流速及流向、表层海水温度和盐度等海洋环境要素等。浮标具有抗恶劣环境、容量大、工作环境好、寿命长、在位时间长、抗人为破坏能力强等特点。     

海洋生态系统储碳过程的多尺度调控及其对全球变化的响应

海洋是地表系统中最大的碳库,在全球碳循环中起着举足轻重的作用,显著影响地球气候系统。生物泵和微型生物碳泵是海洋储碳的两个重要途径,其储碳效率在很大程度上决定了海洋和大气中的碳库变动,是碳增汇的关键过程。本项目目标是阐明海洋固碳过程和储碳机理,诠释海洋酸化对固碳和储碳的影响,建立古海洋沉积碳库变动与全球变化的关联,深入揭示海洋生态系统储碳过程的多尺度调控机理。项目将从现代生物地球化学过程入手,研究不同层级水平上海洋生态系统的固碳过程、储碳机制及其对海洋酸化的响应;并结合不同沉积系统近2000年来的碳库变动,以及工业革命以来高分辨率的海水温度、p H值和碳库记录,探讨海洋碳库变动对自然变化和人类活动的响应机制,阐明生物泵和微型生物碳泵储碳的调控机理。项目的实施将显著提升我国在海洋碳循环和储碳机制研究领域的国际地位,为我国制定应对气候变化和实施海洋碳增汇政策提供科技支撑。     

高影响海-气环境事件预报模式的高分辨率海洋资料同化系统研发

由于国家安全与社会经济可持续发展的迫切需求,MJO、ENSO、IOD和PDO等高影响海-气环境事件的预测一直是一个重要的研究领域。多尺度、多过程的复杂性使这些海气环境事件的预测至今仍然是气候科学最具挑战性的问题之一。由于海洋成分的长期记忆能力,耦合模式海洋成分的预报初始化对它们的预报有非常重要的作用。然而,国内现有的气候预测系统缺乏耦合模式框架下先进的海洋资料同化系统,同化的海洋资料种类也亟待增加。而针对MJO等季节内尺度和PDO等年代际尺度气候变率,现有气候预测系统的研究水平和业务能力更处于薄弱或空白状态,滞后于国际发展水平。针对全球变化的背景,需着重开展耦合模式的海洋资料同化研究,发展全球耦合模式的海洋资料同化系统,从而提高气候预测能力,增强我国气候防灾减灾的手段,提升我国全球变化研究的竞争力和国际地位。基于我国自主研发的海气耦合模式,项目将开展全球和区域多源海洋观测资料同化技术研究,突破耦合资料同化中海洋和大气之间的动力、热力平衡的关键技术问题,发展耦合模式框架下的参数估计和约束系统,研制具有业务化前景的高分辨率海洋模式的耦合同化系统,并开展MJO、IOD、ENSO和PDO等高影响海-气环境事件的综合评估和预测示范应用。     

监测北太平洋海洋环流脉搏

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“北太平洋盂Ⅱ热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响”借助中国海洋大学海洋综合调查船“东方红2号”,于2008年9月中下旬进行了深海大洋科学考察,在西太平洋黑潮源地和吕宋海峡成功布设潜标,形成了较完整的潜标观测阵列,并在东海陆架处布设海床基ADCP（acoustic doppler current profiler,声学多普勒水流剖面仪）测流系统。这标志着我们首次构建了由副热带北太平洋和我国边缘海所构成的大洋一边缘海动力系统的多点同步长期观测系统,为认识这一大洋一边缘海动力系统的能量物质交换提供了关键的观测支撑,同时也是我国深海大洋动力环境调查的一次重要探索,为我国深海大洋动力环境长期观测研究提供了宝贵的经验。     

海洋社会学:社会学应用研究的一项新探索

21世纪是海洋的世纪，世界沿海各国都加大了对海洋的开发力度，人类针对海洋的实践活动越来越频繁。海洋社会学，作为社会学应用研究的一项新探索在此背景下应运而生。海洋社会是海洋社会学的核心概念。围绕这一核心概念，海洋社会学形成了自己特定的研究内容。     

袁州谯楼研究：我国现存最早的从事时间工作的地方天文台

从对有关袁州谯楼的历史文献调查中发现，该谯楼不但设置有一般的钟鼓楼中所具有的守时和报时设备，而且设置有天文仪器，建在观天台。从遗址调查中发现的确有可供观天用的台体。由此得知，袁州谯楼不但有一般的守时和报时功能，而且有一般谯楼所没有的测时功能。     

古印度地轮—水轮—风轮—空轮说在中国

印度古代关于一个小世界的结构的理论，至迟在西晋（265-317年）时期便已随佛教的东来传入中国。这一理论认为：大地（即地轮）浮在水体（即水轮）之上，水轮依托于风轮之上，而风轮则有广漠的虚空承托，于是各自得以不坠落，从而论述了天地结构的稳定性，也表述了大地乃是在虚空中之一物的观念。从西晋到唐代（约7世纪）至少有5部佛经提及地轮、水轮、风轮的各不相同的具体尺度，这说明这一理论在古代印度有不同的流派存在。这一理论在佛教信徒中广为流传当无疑问。它也为一些道士所接受，并被改造成易为中国人理解的观念，载于若干道家的经典中。由于这一理论同占主导地位的张衡浑天说存在较大差异，又由于有关佛经对这一理论的具体描述各异而造成的混乱，致使这一理论在较长时间内并未产生更大的影响。一直到五代时期（约10世纪），这一理论的基本思想才得到重视，并成为对张衡浑天说进行重大改造的推动力。     

葫芦考略

葫芦被我国古人当作瓜类的一种，是我国栽培历史最悠久的植物之一，在距今七八年千的我国新石器遗址中曾发现它的残果和种子遗存，文字记载也很早。它在我国古代有着极为广泛的用途，除果实和叶子供食用和作药物外，成熟的果实还被用来制作各生活用具、乐器等等，另外瓜瓤被用作喂猪，种子被用于榨油浇制蜡烛，在中华文明发展进程中起着非常重要的作用。可能出于对这种植物极端推崇的缘故，古人甚至认为人类也由它发源而来。从有关历史资料来看，葫芦应是一种起源于我国的栽培植物，原产地可能在华南或华西南。     

中国古代制陶工艺的分期和类型

中国古代制陶工艺的发展可分新石器时代早期、中期、晚期、夏至春秋、战国至汉五大时期。新石器时代普遍采用普通易熔粘土为原料，早、中期主要采用水制法成型，晚期流行轮制法和模制法；长期烧成温度较低，主要采用氧化气氛烧成，晚期流行还原气氛烧成。夏代至春秋快轮制陶技术处于低潮阶段；硬陶、白陶的烧成温度达到１０００－１０５０℃。战国至汉普遍采用轮制法，汉代出现低温铅釉陶。     

铁质南唐永通泉货和南北宋铁币的正电子湮灭与其它测量分析

采用正电子湮灭技术和金相显微以及扫描电镜能谱技术对南唐永通泉货铁钱和若干南北宋铁钱进行了研究。结果表明，早在南唐时期，我国铁币冶铸技术已达到一定水平，且在宋代有所改进。测试表明，正电子湮灭技术结合其它测试方法，对于古代铁币的结构研究以及判别它们的真伪提供了科学的测试手段。     

A Fuzzy Clustering Model for Multivariate Spatial Time Series

Clustering of multivariate spatial-time series should consider: 1) the spatial nature of the objects to be clustered; 2) the characteristics of the feature space, namely the space of multivariate time trajectories; 3) the uncertainty associated to the assignment of a spatial unit to a given cluster on the basis of the above complex features. The last aspect is dealt with by using the Fuzzy C-Means objective function, based on appropriate measures of dissimilarity between time trajectories, by distinguishing the cross-sectional and longitudinal aspects of the trajectories. In order to take into account the spatial nature of the statistical units, a spatial penalization term is added to the above function, depending on a suitable spatial proximity/ contiguity matrix. A tuning coefficient takes care of the balance between, on one side, discriminating according to the pattern of the time trajectories and, on the other side, ensuring an approximate spatial homogeneity of the clusters. A technique for determining an optimal value of this coefficient is proposed, based on an appropriate spatial autocorrelation measure. Finally, the proposed models are applied to the classification of the Italian provinces, on the basis of the observed dynamics of some socio-economical indicators.