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涌浪影响海洋飞沫生成的实验研究

海洋科学进展 2024年

作者：马洪余刘展池陈胜戴德君自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室

海洋飞沫在海气之间的动量、热量以及物质交换过程中发挥着重要作用。海洋飞沫的参数化估计依赖于海洋飞沫生成函数，然而现有海洋飞沫生成函数对相同风速下海洋飞沫生成量的估计值相差高达6个数量级。在已有的研究中，海洋飞沫生成函... 详细信息

海洋飞沫在海气之间的动量、热量以及物质交换过程中发挥着重要作用。海洋飞沫的参数化估计依赖于海洋飞沫生成函数，然而现有海洋飞沫生成函数对相同风速下海洋飞沫生成量的估计值相差高达6个数量级。在已有的研究中，海洋飞沫生成函数多数只考虑了风速的作用，波浪的作用往往被忽略，这是导致海洋飞沫估计量相差很大的原因之一。本文利用风-浪-流多功能实验水槽和海上观测平台，开展了有、无涌浪情况下海洋飞沫生成量的对比实验，研究涌浪对海洋飞沫生成量的影响。水槽实验结果表明，单纯吹风实验海洋飞沫生成量为5.49×10～4 m-2?s-1，当考虑涌浪时，海洋飞沫生成量最大降到1.39×10～4 m-2?s-1，海洋飞沫生成量减少近3/4。即与风浪同向的涌浪抑制了波浪破碎的产生，从而减少了海洋飞沫生成量，并且在本实验中波高基本相同，随着波长的增加，即波陡的减少，海洋飞沫生成量也随之减少。外海观测数据同样显示涌浪可以使得海洋飞沫生成量减少，两类实验证实涌浪可以抑制海洋飞沫的生成。本研究结果有助于海洋飞沫参数化方案的改进。

关键词：海洋飞沫涌浪波长波陡

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一种非系留式潜标剖面运动仿真研究

海洋科学进展 2024年

作者：姜清元官晟李淑江王岩峰自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室

非系留式潜标结合了海床基和Argo浮标的工作模式与作业能力，是一种新型的海洋环境监测平台。为了深入了解非系留式潜标的运动性能，评估其用于高精度海洋观测的可行性，本文首先利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamic, CFD... 详细信息

非系留式潜标结合了海床基和Argo浮标的工作模式与作业能力，是一种新型的海洋环境监测平台。为了深入了解非系留式潜标的运动性能，评估其用于高精度海洋观测的可行性，本文首先利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamic, CFD）方法计算了潜标周围速度场和压力场的分布情况，经评估潜标机身运动造成的误差满足国家标准的要求；在确定潜标总体结构后，构建了该潜标水下运动的六自由度数学模型，进而对模型在南海观测区的潜深、潜速等主要作业能力进行仿真。通过近海实验，证明了浮沉运动仿真结果与实测数据吻合良好，运动模型准确可信。本研究为非系留式潜标的定深运动等控制方法的研究奠定了基础。

关键词：非系留式潜标运动建模水动力分析数据采样

锚系阵列结合水下滑翔机观测策略研究-以南海中部为例

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海洋科学进展 2024年

作者：罗强王冠琳滕飞徐腾飞王岩峰自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室

南海复杂的地形与水动力环境给观测带来了挑战，结合多种观测手段优势互补组成海洋观测网是南海观测未来的发展方向。本文选取锚系阵列与水下滑翔机这2种主要的定点观测和移动观测手段，以南海中部为例，设计锚系阵列与水下滑翔机的布... 详细信息

南海复杂的地形与水动力环境给观测带来了挑战，结合多种观测手段优势互补组成海洋观测网是南海观测未来的发展方向。本文选取锚系阵列与水下滑翔机这2种主要的定点观测和移动观测手段，以南海中部为例，设计锚系阵列与水下滑翔机的布放站位，并基于区域海洋数值模式构建数据同化系统，设计观测系统模拟实验，进而通过对比不同方案下锚系阵列和水下滑翔机站位温盐数据的同化结果，探讨两者相结合的观测策略。在0～1 000 m水深，模拟实验结果表明：受限于站位数量及分布位置，仅利用锚系阵列观测数据对温盐的同化精度改善有限；水下滑翔机观测数据的加入使得改进较为明显，对温度同化的改进主要体现在100～500 m，对盐度同化的改进则主要体现在100～250 m，这也分别对应初始温盐同化结果的均方根误差峰值深度区间；水下滑翔机初始布放站位与运动方式也会对实验结果产生影响，对于南海中部区域，水下滑翔机水平向右运动采样对温度的同化效果更好，在初始布放站位附近循环采样对盐度和海面高度异常同化效果更好。观测系统模拟实验结果可为南海未来的海洋观测网设计提供参考。

关键词：锚系阵列水下滑翔机南海观测系统模拟实验

“联合国海洋科学促进可持续发展十年”:内容与评述

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海洋学报 2021年第1期43卷 155-164页

作者：管松于莹乔方利自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

为了找到逆转海洋健康状况衰退的有效途径,联合国决定自2021年启动“联合国海洋科学促进可持续发展十年”(以下简称“海洋十年”)计划。2020年12月31日获得联合国大会审议通过的《“海洋十年”实施计划》以“构建我们所需要的科学、打... 详细信息

为了找到逆转海洋健康状况衰退的有效途径,联合国决定自2021年启动“联合国海洋科学促进可持续发展十年”(以下简称“海洋十年”)计划。2020年12月31日获得联合国大会审议通过的《“海洋十年”实施计划》以“构建我们所需要的科学、打造我们所希望的海洋”为愿景,描绘了“海洋十年”的预期成果、挑战与目标,以及实施、治理、协调、筹资、监督与审查等机制。“海洋十年”被联合国喻为“一生一次”的计划,是联合国发起的海洋大科学综合性顶层计划,它将通过激发和推动海洋科学领域的变革,在全球和国家层面构建更加强大的基于科技创新的治理体系来实现海洋的可持续发展。这将深刻改变人类对海洋的认知与行为模式,深刻影响乃至引导海洋秩序的演化过程,也会对海洋区域合作整体布局产生较大影响。建议我国以“海洋命运共同体”理念为指导,积极参与“海洋十年”,作为深度参与全球海洋治理的核心抓手,尽快组建“海洋十年”国家委员会,制定中国行动方案,与国际社会一道推进海洋的可持续发展。

关键词：海洋十年实施计划海洋创新可持续发展联合国

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新型模块化防淤积海床基系统的研发与应用

海洋科学 2024年

作者：王冠琳王岩峰徐腾飞梁冠辉官晟李淑江王永刚魏泽勋自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室

为了提高苏北浅滩区域强淤积环境下高精度座底式观测的成功率，服务于海上风电样机测试与设计偏差评估，针对性自主设计研发了一种新型模块化防淤积海床基系统。该系统基于可回收的一体式主浮体和仪器仓，采用推出式浅水释放器和弹力助... 详细信息

为了提高苏北浅滩区域强淤积环境下高精度座底式观测的成功率，服务于海上风电样机测试与设计偏差评估，针对性自主设计研发了一种新型模块化防淤积海床基系统。该系统基于可回收的一体式主浮体和仪器仓，采用推出式浅水释放器和弹力助力释放装置，搭配可抛弃式底座和可组合的悬空式钢制支架，使整个系统在模块化结构易搬运的前提下同时拥有良好的防淤积性能，在现场应用中顺利完成了多次布放和回收操作，获取了高质量的观测数据，通过了面对苛刻环境的可行性与稳定性验证。

关键词：模块化防淤积海床基系统海上风电场观测

安达曼海南部内孤立波生成与传播的三维数值模拟

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海洋科学进展 2024年第3期42卷 452-465页

作者：张培超王刚戴德君乔方利黄传江自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

安达曼海内孤立波频发且振幅较大,对海洋生态、海上活动等有重要影响。本文采用非静力近似的MIT通用环流模式(MITgcm),并结合遥感影像研究了安达曼海南部内孤立波的生成与传播过程。数值模拟结果表明,格雷特海峡、尼科巴群岛之间的水道... 详细信息

安达曼海内孤立波频发且振幅较大,对海洋生态、海上活动等有重要影响。本文采用非静力近似的MIT通用环流模式(MITgcm),并结合遥感影像研究了安达曼海南部内孤立波的生成与传播过程。数值模拟结果表明,格雷特海峡、尼科巴群岛之间的水道、苏门答腊岛北部陆坡以及苏门答腊岛东北部陆坡是安达曼海南部内孤立波的4个主要生成源地,与遥感影像结果一致。本文还利用敏感性数值实验探究了二维模拟、潮流强度、地形结构等对该海域内孤立波生成与传播的影响。数值实验中,安达曼海内孤立波传播速度在2.3~2.6 m/s,振幅最大可达70 m,背景潮流越强,所生成的内孤立波列中内孤立波的数量越多、振幅越大,但相邻内孤立波之间的时间间隔变短。局地地形敏感性研究还发现双海脊能增强内孤立波的振幅和流速,并且对生成的内孤立波数量有较大影响。

关键词：安达曼海内孤立波非静力近似

气候变化情景下东南印度洋亚南极模态水的演变趋势研究

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海洋学报 2021年第11期43卷 1-21页

作者：邱子珊徐腾飞魏泽勋聂珣炜自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237

基于参与第六次耦合模式比较计划(CMIP6)的8个地球系统耦合模式所输出的历史模拟结果,本文通过与观测对比,评估了CMIP6模式对东南印度洋亚南极模态水的模拟能力,并预估了在中等强迫情景和高强迫情景下,该模态水潜沉率、体积及性质的变... 详细信息

基于参与第六次耦合模式比较计划(CMIP6)的8个地球系统耦合模式所输出的历史模拟结果,本文通过与观测对比,评估了CMIP6模式对东南印度洋亚南极模态水的模拟能力,并预估了在中等强迫情景和高强迫情景下,该模态水潜沉率、体积及性质的变化趋势。结果表明:与Argo观测相比,CMIP6模式中南印度洋混合层偏深且上层海洋的位势密度偏小,因此其模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉率偏大而位势密度偏小。不同CMIP6模式之间模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉区存在差异,混合层侧向输入是导致这一差异的主要原因。此外,在历史模拟和两种情景试验中,东南印度洋亚南极模态水均呈现出潜沉率和体积减小、温度升高、盐度和密度降低的趋势。其中,在高强迫情景下,变化趋势最大,中等强迫情景次之,历史模拟中的变化趋势最小。这表明,辐射强迫越强,东南印度洋海表温度升高和淡水输入增加的趋势越大,导致混合层变浅及其南北梯度减小的趋势越快,东南印度洋亚南极模态水潜沉率、体积和性质变化的趋势也随之增大。

关键词： CMIP6 东南印度洋亚南极模态水潜沉率气候变化情景试验

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

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海洋科学进展 2023年第3期41卷 510-519页

作者：杨春梅刘宗伟姜莹吕连港肖斌自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式(FIOCOM)为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计... 详细信息

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式(FIOCOM)为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型(海底地形和底质参数),实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。

关键词：声学预报海洋模型声传播特性声道水声环境特性

疫情管控效果的一种定量化评估方法:以COVID-19为例

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科学通报 2020年第11期65卷 1009-1015页

作者：王刚黄锷乔方利自然资源部第一海洋研究所青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室青岛266237 空天地海一体化大数据应用技术国家工程实验室海洋大数据研究与应用中心青岛266061

传染病的疫情传播过程符合广泛存在的自然增长率,其中疫情增长率根据疫情的发展而动态变化.近期提出的基于数据的疫情自然增长模型可以定量刻画传染病发展过程中动力过程的改变,可用于揭示疫情发展的内在规律、快速准确地监测疫情的发... 详细信息

传染病的疫情传播过程符合广泛存在的自然增长率,其中疫情增长率根据疫情的发展而动态变化.近期提出的基于数据的疫情自然增长模型可以定量刻画传染病发展过程中动力过程的改变,可用于揭示疫情发展的内在规律、快速准确地监测疫情的发展、定量评估管控的效果并预判疫情发展的态势.新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情发生后,我国政府采取了一系列严格管控措施来控制疫情的蔓延,但管控措施的效果尚无严格的量化分析.采用疫情自然增长模型,本研究提出了一种量化评估管控措施的方法,并估算了无管控措施或管控推迟实施对现存感染者数量的影响.首先根据典型时段的统计数据给出COVID-19在该时段的平均增长率;然后根据平均增长率开展数值试验,比较模型给出的现存感染者总数与实际统计数据的差异,从而对管控效果进行定量评估.结果显示,如果政府对本次疫情未采取管控措施,截至2020年2月18日全国现存感染者将达到1698万~7611万人.如果全国严格管控推迟1天,截至2月18日现存感染者数量将比实际统计数据高出2.7万人(其中湖北地区高出1.2万人);若推迟7天则高出78.5万人(其中湖北地区高出49.3万人).

关键词：新型冠状病毒疫情增长率现存感染者自然增长模型