世纪之争：海洋是否为“热机”？——Sandstr?m猜想发表一百周年侧记

传统的理论认为,热盐环流是由低纬度加热、高纬度冷却驱动的热机.这个理论遇到了新的挑战,新的理论认为海洋把热能转化为机械能的效率极低,所以热盐环流不是热机,而是由风和潮汐提供机械能驱动的热量（或其他物理量）运输机.海洋是否为“热机”的论战之所以“复兴”,是因为这事关对海洋在气候系统中的作用. 海洋是否是热机这个问题可溯源到1908年Sandstr?m发表的实验结果,这是首次为揭示大洋深海环流驱动机制提出的一个猜想假说（常被称为Sandstr?m定理）,并发表了实验结果.那时的人类社会可能关心的只是天气现象,现在则更加关注气候变化.不言而喻,这场争论结束之日,就是人类破解海洋环流奥秘之时.值Sandstr?m实验100年之际——2008年——也恰是Bjerknes环流定理发表110年,谨撰此文,以期从寻觅先行者的认识足迹中启迪来者.     

微分方程稳定性理论在海洋热盐环流中的应用

通过建立海洋热盐环流两层模型中的温度和盐度的微分方程,并对平衡态解进行稳定性分析,研究了海表温度、淡水通量和风生环流对热盐环流的多平衡态的影响.研究结果显示:海表温度的降低、风生环流的减弱和淡水通量的增强都会导致稳定的热型环流强度减弱,并进而使环流从稳定的热型"突变"到稳定的盐型.     

全球地形影响大气和海洋经圈环流的耦合模式研究

利用气候系统模式(CESM1.0)研究陆地地形改变对大气?海洋经圈环流的影响。模式首先给出真实海陆分布及陆地地形情况下的大气?海洋气候态, 然后给出平板陆地情况下(陆地海拔均匀10 m)的气候态。与真实世界相比, 平板陆地情形下大气?海洋经圈环流发生重大改变: 首先, 年平均大气对流中心南移到赤道附近, 使得大气哈德雷环流相对于赤道对称; 其次, 海洋的经向翻转流变强, 大西洋经向翻转流完全消失, 取而代之的是在太平洋出现强大的经向翻转流及热盐环流。在平板陆地情形下, 北半球中高纬度大气抬升减弱, 向北的大气热量输送减少, 北半球温度降低, 大气对流中心因而向赤道迁移; 同时, 海洋向极地的热量输送也减弱, 中高纬度海洋变冷, 北太平洋海水密度增加很多, 北大西洋海水密度降低, 导致海洋经向翻转流从大西洋转移到太平洋。     

北大西洋热盐环流对温室气体浓度变化的响应

利用海?气耦合模式模拟了北大西洋热盐环流对外强迫的平衡响应。大气中CO₂浓度加倍后, 热盐环流强度将减弱约20%; 大气中CO₂浓度减半后, 热盐环流将增强约13%。研究结果表明, 热盐环流对外强迫的响应有两个阶段: 瞬变阶段和平衡阶段。瞬变响应主要取决于局地海表热通量和淡水通量的变化, 平衡响应还与非局地热量输送和淡水输送过程有关, 两个过程作用相互竞争。在CO₂加倍实验中, 与淡水输送相关联的正反馈作用更强, 导致热盐环流略有恢复; 在CO₂减半实验中, 热量输送与淡水输送作用相抵, 热盐环流没有明显的恢复。此外, 海水密度与其温度的非线性关系导致CO₂加倍和减半实验中热盐环流的响应大小是非对称的。     

群之新基本特性在环上的推广

1942年,汤璪真教授在他发表的文章《群之新基本特性》里,证明了这样一个定理:设G是一个群,u是G中任意一个确定的元素,如果对G的元素规定一个新的运算a o b=au~1b,a,beG(1)则G对o也作成一个群(这个群记为(G,o)),且在映射φ:X→xu x e G之下,群G与群(G,o)同构。本文将把这个定理推广到环上,并还指出,在一定意义下,这个定理的逆定理也是成立的。定理1设R是任意一个环,u是R中任意一个确定的元素。如果对R的全体元素规定两种新的运算     

基于HYCOM模拟的南海西北部环流

为研究北部湾在内的南海西北部海域环流结构的时空特征,本文基于Hybrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)模式和气象强迫数据,通过三重嵌套模拟研究南海西北部环流在风力强迫下的结构及其时空分布特征,结果表明:(1)南海西北部流场受季风影响较大,冬季基本为西南向流,夏季基本为东向流,流场结构复杂,外海涡旋众多,Ekman运动特征较为明显;(2)北部湾流场呈现出较强的密度流特征,冬季基本为气旋式环流,夏季同时存在较小尺度的气旋式和反气旋式环流; 7月湾口表层的气旋式环流结构向下直接影响到海底;(3)北部湾的海表面盐度受蒸发降雨影响较大,盐度分布西低东高,这与湾口和琼州海峡入侵的南海高盐海水有关;(4)在热盐作用和季风驱动下,琼州海峡的表、底层流冬季为西向流,夏季为东向流,冬季广东沿海地区的富营养化海水可能通过琼州海峡影响广西近海海域环境质量。     

Banach空间中一阶非线性微分方程组无穷边值问题解的存在性

利用一个新的比较结果和M(o)nch不动点定理,研究了Banach空间中一阶非线性微分方程组无穷边值问题,在较宽松的条件下获得了正解的存在性定理,改进了某些已知的结果.     

Banach空间中一阶积分-微分方程边值问题解的存在性

文章利用新的比较结果和M(o)nch不动点定理,研究Banach空间中一类一阶积分-微分方程边值问题解的存在性.     

热机不可逆热力循环新析

在分析实际发动机工作过程的基础上,利用有限时间热力学理论方法,建立了一种新的不可逆热机热力循环模型.根据建立的模型推导出了热机功率、效率及其相互关系的解析表达式,并进行了计算和讨论.该模型包括了内可逆热力循环模型和考虑摩擦、热漏、内部耗散等不可逆因素时的热力循环模型,模型所反映的热机功率--效率特性变化规律与已经收集到的实际热机功率--效率特性曲线相吻合,与实际发动机工作过程相一致.结果表明:建立的模型比较简洁、全面地反映了热机实际工作过程,更具有普遍性.     

南海表层环流和热结构特征的数值模拟与影响因素分析

 采用普林斯顿海洋模式,在真实的地形数据、计算区域右边界上半部分设为开边界的条件下,对南中国海98°-126°E,3°S -26°N的范围进行了环流和温度结构的模拟。模拟从静止的海洋开始,以1月份的月平均温盐数据为初始场,在12个不同的月平均风场驱动下,模式稳定地模拟了4个模式年。从第3年开始进行数据分析。首先从数值模拟的角度给出了南海表层环流和热结构的时空演变过程,继而详细分析了气候和环境因素的影响。结果表明：冬季南海主要被一个大的气旋式环流占据,夏季主要呈大的反气旋式环流。春季和秋季是季风转换季节,南海环流在受到上一个季节影响的同时也向下一个季节的典型流态转换,并由多个涡旋组成。此外,气候和环境条件的设置,都会影响到南海的环流和热结构特征。     

一类时滞微分方程周期解的存在性

本文利用不动点定理,重合度理论和一些新的分析方法研究了一类时滞微分方程x″(t)+a[x′(t)]m+bx(t-τ)=f(t),m∈Z+周期解的存在性,得到了周期解存在性的新结论.值得注意的是本文所使用的方法与以往文章均不相同.     

Banach空间中2n阶Lidstone奇异边值问题的解

利用M(o)nch不动点定理,研究了一类Lidstone奇异边值问题解的存在性.     

用马克思理论分析“置盐定理”

"置盐定理(Okishio Theorem)"与马克思利润率下降趋势理论是直接对立的。可是,被西方学者广泛用来否定马克思利润率下降趋势理论的"置盐定理"并不正确。它是马克思早已深入分析过的阻碍利润率下降的其中的一个因素。就节约生产成本的技术创新而言,并不必然导致利润率的上升。从长期来看,节约生产成本的技术创新也会导致利润率的下降。     

双驱动热声热机谐振管中声波的传播特性研究

分析了双驱动热声热机谐振管中声波的传播特性,通过分析指出,对于双驱动的热声热机,可以通过改变其反射系数和驱动声源的驱动相位差,进而实现谐振管声场的声压幅值和声场相位的改变.理论研究表明,在|rp|=0.3,相位差为σπ=0.5π时的声压幅值大于σπ=π的声压幅值;而在σπ=0.5π时,声场幅值随反射系数|rp|的增大而增大.实验研究表明,在相位差σπ为常数时,通过改变不同的反射系数值,就可以实现谐振管中声场的调节;在反射系数|rp|为常数时,通过改变谐振管两边驱动声源的驱动电压值,也可以实现声场幅值和相位差的调节.这样就有利于调节结构已经确定的微型热声热机的最佳声场分布,使其达到最优热声转换效率,实现微型双驱动热声制冷机热声制冷效率的最优化.     

海洋垂直混合系数对大洋环流影响的敏感性研究

利用美国地球流体实验室的Modular Ocean Model(MOM4)模式构建了一组全球实际大洋环流实验,以检验海洋环流形势及温度结构对海洋垂直混合系数的敏感性,并仔细分析了各实验中温度方程中各项的变化,讨论了垂直混合系数改变对海洋环流形势影响的物理机制。实验结果表明,海洋垂直混合系数对海温的空间分布和海洋流场结构都有很大影响,这种影响在赤道温跃层附近表现得最为明显。这说明大洋环流对垂直混合强度的变化是相当敏感的。一般来说,在混合系数取值大的实验中大洋中上层温度的垂直和水平梯度都较小,相应的南北赤道流强度较强,赤道潜流和南北赤道逆流强度较弱,在混合系数取值小的实验中大洋中上层的温度梯度较大,此时南北赤道流强度较弱,赤道潜流和南北赤道逆流强度较强,赤道流系的各分支在范围上也有相应变化。     

模糊微分的性质

在求解由刘过程驱动的模糊微分方程时,需要研究一类新的模糊微分(刘微分)的性质.给出了模糊微分的2个中值定理和4个模糊微分公式,并且将这些结论推广到复模糊微分的情形.这些工作为模糊微分方程理论的完善和应用奠定了基础.     

Hölder不等式的一个新证法

基于Lebesgue积分极限定理、有理数的稠密性以及反向数学归纳法原理,给出了H(o)lder不等式的一种新证法.     

大西洋热盐环流减弱对热带太平洋气候平均态及年际变率的影响

利用一个完全耦合的海气模式, 通过对比分析两组试验中海表温度、盐度、风应力等气候态变化特征以及ENSO强度和频率的变化, 研究热带太平洋气候平均态及年际变率对热盐环流减弱的响应。在北大西洋高纬地区注入1 Sv淡水后, 大西洋经向翻转流(AMOC)减弱约90%, 这直接导致向北的经向热量输送减少, 使北大西洋有明显降温, 南大西洋略有升温。这些变化会经过大气和海洋的远程传播以及局地海气反馈作用, 影响热带太平洋气候平均态: 赤道东西太平洋的SST都略有增温, 但纬向温度梯度和纬向风应力并没有太大变化, 赤道太平洋温跃层的深度和倾斜度也基本保持不变。相应地, ENSO强度和频率也没有明显变化。由此得出结论: 热盐环流减弱会引起全球气候平均态的变化, 但对热带太平洋的年际变率没有太大影响。     

Brownian单的增量在H(o)lder范数下的泛函极限定理的下界

利用Brownian单在H(o)lder范数下的大偏差,证明了Brownian单的增量在H(o)lder范数下的泛函极限定理的下界.     

1997～1998年El Niño期间印度洋和西太平洋上层海洋的联系

通过对海面高度场和上层海洋热含量年际变化的分析,揭示了1997～1998 El Ni(n)o期间热带东印度洋与热带西太平洋上层海洋的内在关系.在1997～1998 El Ni(n)o事件爆发前期,海面高度距平信号首先在热带西太平洋出现.随后在热带东印度洋海区也出现了负距平.上层海洋热含量的负距平信号在El Ni(n)o前期也同样先出现在热带西太平洋.依据热带东印度洋和热带西太平洋年际尺度调整存在的联系,我们采用热带东印度洋海洋上层热含量距平的增长,估算印度尼西亚贯穿流的流量,得到的结果与观测具有相同的量级.这种间接估计表明热带东印度洋在1997～1998 El Ni(n)o期间的异常,是可以部分经由热带西太平洋距平通过贯穿流而引起的.