基于MPI的二维经验模分解并行算法

针对二维经验模分解(BEMD)处理大尺寸图像耗时较长的问题,提出了一种基于MPI技术的BEMD并行算法.对BEMD串行程序中极值点选取、平面三角剖分、三角域内数值插值等几个主要部分的运行时间进行了统计,结果表明三角域内数值插值是耗时的主要部分,也是并行化的重点处理部分;随后在高性能计算平台上构建并行环境,基于MPI技术对BEMD算法的包络面生成部分实现了并行化,具体方法是先将剖分后的三角形序列按照进程数均匀划分,使整个图像分割为若干子区域并分配给相应进程,然后各进程拟合出对应子区域的上下Bezier曲面并由0进程进行合并,进而生成上下包络面;最后通过加速比等指标对该算法进行测评.结果表明,算法在30核并行执行时加速比可达20.1396,利用率为64.97%,运行效率的提升较为明显.在数据量达到原始数据的25倍时可扩展性指标为1.3975,表明该算法对大数据量的任务有很好的适应性.      

东海黑潮主段G-PN断面的多核结构

东海黑潮流速剖面速度分布是黑潮研究中的基本问题. 本文基于1955~2001年东海G-PN断面水文资料, 在合理数据预处理的基础上, 采用动力高度法计算了垂直于断面方向的流速分布. 通过对计算结果的归纳分析, 详细给出了东海黑潮主段典型的流况分布形式, 以及多核结构的尺度估计、特征分析和流核位置时空变化, 以进一步研究东海黑潮的变异. 主要结果表明, (1) 东海黑潮流轴段存在单核、双核、三核或更多核结构等基本流形态. (2) 东海黑潮流结构有较显著的时间变化. (3) 流结构和季节紧密相关, 流核数在秋季偏多, 且多核结构多出现在秋季.     

黄海冷水团水域物理-生态耦合数值模式研究

以物理-生态耦合数值模式为研究手段,对黄海冷水团水域叶绿素和营养盐垂向分布的季节变化进行了研究.模式成功地揭示了叶绿素和营养盐垂向分布季节变化的主要特征,叶绿素垂向分布最大值形成和演变过程、两次大量繁殖期及物理过程对其夏季垂向结构的影响.与实测资料比较表明:数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性.     

波致混合对热带太平洋海气耦合模式中冷舌模拟的改进

非通量调整的大气海洋环流耦合数值模式所模拟的赤道太平洋表层海温（SST）的冷舌偏冷并且过于西伸是一个共性问题．文中在全球大气-海洋环流耦合数值模式FGCM-0中考虑了波致混合的作用后，赤道太平洋地区的SST模拟结果有了显著的改善，在（160—180°E，0—3°N）海域内SST升高在0.8℃以上且最大可达1.2℃．这有效地抑制了冷舌西伸，即赤道太平洋冷舌过于西伸的问题有所改善，26.0℃等温线在赤道附近的顶点从165°E东移至180°E以东，大约向东移动了1650km，这样所模拟的SST更接近于观测．对模拟结果分析表明：耦合模式中SST、近海面大气环流、海洋表层水平环流、海洋表层上升流等要素的距平场是相互间动力协调的，对于改善赤道冷舌模拟偏冷问题是正反馈，而耦合模式中海气热通量距平对改善赤道冷舌模拟偏冷问题是一种负反馈．     

渤黄东海潮流长期物质输运研究

基于三维POM潮汐潮流高分辨率数值模式,模拟了渤黄东海K1,O1,M2和S2四个分潮的潮波系统.利用所模拟的该海域1999年全年潮流场,对初始均匀分布于5′×5′格点上的表面质点进行长期跟踪,结果表明该海域水体的长期潮流Lagrange输运会形成质点族的条带结构,且以苏北琼港为中心呈放射状分布;对年平均的输运流场的研究结果表明:从太平洋通过日本岛链进入黄东海,黄海槽以东沿朝鲜半岛北上在黄海主体上形成潮致逆时针流环,并有一分支通过渤海海峡北部进入渤海,黄海槽以西向琼港附近辐聚.渤海的潮流长期输运构成双环结构即主体上为一个大的逆时针流环,同时在辽东湾形成一个小逆时针流环.总体上讲,潮余流从北黄海向渤海输运而不从渤海向黄海输运,且在(38.N,121.53.E)处存在一逆时针流环.潮余流通过台湾和对马海峡向外输运;提出利用潮流Euler场对质点进行Lagrange跟踪的时间步长应小于10min,否则将会因时间步长过大而引起的累计计算误差不可忽略.     

海洋动力系统与MASNUM海洋数值模式体系

从海洋运动的尺度分析和相互作用分析出发提出海洋动力系统的概念，并给出其主要结构．海洋动力系统主要由近海面海洋大气、海洋微小尺度、海洋中尺度和海洋大尺度运动等子系统构成，它们是各有其特殊属性而又相互紧密联系着的海洋子系统．基于对海洋系统的理解，文中提出了建立海洋动力系统数值模式体系的构想．以MASNUM（海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室）海洋数值模式体系的发展为例，扼要地给出了海洋动力系统模式体系的各组成模块和模块间相互作用的数学物理描述．初步的模拟结果表明，根据海洋动力系统概念建立的数值模式体系具有更强的海洋环境模拟能力，这应该是新一代海洋数值模式发展和模拟研究的一个重要发展方向．     

波浪和潮流混合对黄海、东海夏季温度垂直结构的影响研究

首先对影响垂向混合的物理过程进行了分类,进而讨论了波浪运动和潮流运动所造成的混合及其对温度垂直结构的影响. 基于3种混合方案对黄海、东海温度垂直结构进行了数值模拟实验,结果表明:夏季波浪的混合对黄海、东海上混合层起控制作用,潮流混合对30m左右的近底层起控制作用,潮流混合是南黄海断面海温呈台状分布的主要成因. 南黄海东侧的温跃层通风是由于强波浪以及潮流对应的混合共同作用的结果. 同时考虑波浪混合和潮流混合所模拟的黄海、东海海洋温度垂直结构特征与实际观测基本一致. 对近海而言,波浪混合和潮流混合是进行温度跃层和密度跃层数值模拟的关键过程.     

全球大气-海浪耦合模式对海面气压场模拟的改善

利用高分辨率的全球大气环流-海浪耦合模式进行了大气环流季节循环的集合模拟, 通过与欧洲中期预报中心再分析资料的比较, 表明耦合模式可以有效地改进海面气压场的模拟, 这种改进得益于考虑了波浪所产生的波生应力. 同时, 耦合试验结果也清楚地表明了中纬度大气对于海表热通量强迫表现为“热-低压”的响应形式, 增进了对中纬度大气对于海洋强迫响应的理解.