海洋大气环境模拟研究论文

海洋气象的物理和动力机制研究就是海气相互作用的动力机制研究。

海气相互作用过程主要包括： （1）小尺度的湍流、涡旋，海气界面的湍流影响海气热通量，进而影响海洋大气的边界层结构；（2）中尺度和天气尺度的海气相互作用，其过程包括海陆风、锋面、台风以及风暴潮等；（3）大尺度的季风、信风、厄尔尼诺/南方涛动（El Niño/Southern Oscillation，ENSO）等。

近年来，人们日益认识到海气相互作用是长期天气和气候变化的重要因素，也是研究和预报海洋状况的关键，因而在这方面气象和海洋学家都做了大量研究。

2020年初夏，梅雨系统给江淮地区带来了长时间的异常强降水，降雨总量打破了1961年以来的记录，导致南方大部分地区的江河湖泊水位暴涨，持续引发了山洪、城市内涝、山体滑坡等自然灾害，其中以长江流域洪涝灾害最严重，安徽歙县的高考甚至因为洪涝灾害无法正常开始。

江淮地区入梅后，梅雨锋的维持和水汽来源是降水量大的原因。

高纬地区的单极型极涡较往年强度更强，而中纬度地区西风带活动频发，有利于冷空气南下；同时，弱的厄尔尼诺与赤道印度洋海温异常偏暖，引起太平洋副热带高亚显著偏强偏西，暖湿空气向北输运。冷空气和暖空气在江淮区域相遇形成稳定的梅雨锋。

太平洋、大西洋、印度洋以及极地等的 大尺度过程 均可以影响中国的梅雨系统。

Liu 等认为 北大西洋涛动（NAO）调制持续的冷暖锋 ，可引起极端梅雨事件。日本气象厅认为副热带高压与黄河流域高压脊的相互作用引起了日本和华中地区降水。2019年的超强印度洋偶极子引起2020年初的暖印度洋水体也可以引起我国的强降水。 Zhou 等认为2019年 秋季南印度洋的海洋罗斯贝波 是我国2020年的“暴力梅”事件的重要原因。

国家气候中心2021年以来已组织了三次会商商讨2021年汛期预测。国家气候中心、水利部、南京大学、南京信息工程大学等均 预测长江流域汛期为干旱年 。

中国海洋大学孙即霖教授在2021年气候预测报告中指出，受全球气候影响，2021年南亚夏季风建立较往年早，7月强南亚高亚引起南海上空的强对流，导致我国北方及华南沿海地区出现强降水，而江汉流域降水偏少；长江中下游将出现阶段性高温干旱。

东亚夏季风的发生日期、持续时间和总降水量均有显著的年变化。

Duan 等认为 青藏高原热力异常可以作为东亚夏季风起始的先兆 ， Li 等和 Hari 等发现印度许多地区的气溶胶光学深度 自2002年以来呈现下降趋势 。

印度洋—太平洋海表温度异常是调制东亚以及南亚夏季风爆发与降水的重要外部因素之一。

ENSO类型对季风降水影响也是研究热点 ， Fan 等指出中太平洋型ENSO在导致印度季风降水异常上发挥更为重要的作用。

Tseng 等发现在东亚冬季风的启动阶段，季风与黑潮锋面及周围大气存在一个直接的局地海气相互作用机制。

Abdillah 等认为热带大气季节内震荡（MJO）可以影响寒潮的路径，而寒潮对热带地区对流活动的影响会反过来影响MJO活动。

季风伴随的低压系统可引起强降水。 强低压系统伴随的次中尺度涡会增强来自阿拉伯海的动态升力、静态不稳定性和水分传输，为大气进行深度对流提供了先决条件。

如 Leung 等指出热带西印度洋的暖异常可 诱发一个热带印度洋和西太平洋之间弱于正常的Walker环流 ，进一步导致西北太平洋副热带高压偏东北-西南向，并在南海形成一个弱于常年的季风槽，在年际时间尺度上增强了华南地区的降水，抑制了中南半岛地区的降水。

亚洲夏季风预测模式的不确定性研究也有了一定进展。 如Xin等发现在中国东部地区，CMIP6在气候降水的空间相关性和标准差（SD）方面更有优势。

西北太平洋副热带高压和东亚高空对流层西风急流是东亚夏季降水系统的重要组成部分，与东亚夏季降水密切相关。

亚洲季风区的降水预测始终是热点问题。 Park等将偏置校正技术应用于区域气候模式（RCM），表明各分区未来年降水量平均值和极端值的变化在干旱区呈减少趋势，在湿润区呈增加趋势。

2020年，国内外学者在热带气旋的活动变化规律、热带气旋与海洋的相互作用以及热带气旋活动预报的数值模拟方面发表了一系列成果。

台风的活动也会受到大气环流和海温模态的影响。 太平洋经向模态指数影响台风的生成位置、频率和引导气流。印度洋偶极子正相位和强厄尔尼诺的共同作用引起了西阿拉伯海的大规模增温，有利于台风生成。

局地气象条件影响台风的强度。 如Lai等发现台风引起的局部降雨总量显著增加，且台风移动速度与局部降雨总量之间存在显著的反相关。在珠三角地区，移动速度较低且降雨总量较高的台风发生频率更高。

台风活动与局地上层海洋的背景条件相互影响。 热带海洋与大气边界层之间的非绝热加热是台风发生发展的重要能量来源，热带海洋上层海水的温度变化对于台风的形成、移动及耗散都具有关键作用。同时，海洋冷涡也会影响台风大气边界层的结构。

台风的数值预报模式具有不确定性。 学者发现增强分辨率的耦合模型有利于提高台风生成的可预测性。海表面温度预报模式的不确定性可能会严重影响南太平洋热带气旋预报的准确性。

中国的台风预报模式也取得了新的进展 ，如南海台风模式（TRAMS）形成了版本；Fumin等开发的动力-统计算法的集合预报模型（DSAEF）对热带气旋的累积雨量进行了预测。

在 台风观测方面 ，无人艇成功地穿越了三号台风“森拉克”中心，提供了时间分辨率高达1 min的实时观测数据，检测了台风过境时洋面各要素的详细变化过程，为台风预报、预警发挥了重要作用。

海气通量直接决定和调控近海面大气边界层内的动力学结构 ， 其中动量通量显著影响海流、海浪和风暴潮的产生。

海表面波浪与其上方风场的相互作用，会产生 动量通量在海气界面之间的双向传递 。

当近海表面处风速极小，并且海表面涌浪占优时，动量通量由海洋传递到大气，使得近海表面风速剪切增加，导致传统对数风廓线的方法难以准确计算该条件下的海气通量。

此后，不同研究者在理论模型和海气数值耦合模式的改进中考虑了 涌浪作用 。

当海表面以上风速为中低风速时，在海表面波浪处于风浪占优的情况下，大气将一部分能量传递到海表面波浪，使得海浪获得一部分动量。

风浪对海气通量的影响是海洋研究中最为基础的问题之一，关于这方面的讨论仍处于完善与补充中。

一些外海观测和实验室数据表明：当风速足够大时，海表面阻力系数不再符合传统模型的随着风速增加而增大的结果。大部分研究将这个现象归因为海洋飞沫液滴，并通过参数化传统模型中的海表面动力学粗糙长度来刻画这一现象。

风暴潮发生在世界各地的沿岸地区，通常强风和气压骤变导致海面异常升降，风暴涌浪对沿海设施造成巨大的破坏，甚至造成人员伤亡。

科学家对风暴潮的研究主要集中在沿海地区的影响方面。

通过 模型对风暴潮进行模拟 是当今研究风暴潮的主流方法。随着风暴潮模型的研究日渐深入，模型与实际结果之间的误差也在不断减小。

全球潮汐、风暴潮和波浪模型 被用于预测未来一个世纪的沿海地区突发性洪水。

气候变化和海平面上升给风暴潮的研究及其灾害预防带来了新的挑战 ，Cheikh等研究了多种风暴潮情景对沿海建筑物的影响，造成风暴潮和洪灾风险增加的主要原因是潮汐放大和飓风的加剧。

在气候变化上，西班牙坎塔布里亚大学环境研究所在未来海平面变化上提出， 风暴潮受全球和区域气候变化的影响 。

波浪与风暴潮的相互作用对灾害的加剧十分显著， 波-潮相互作用也是一个研究热点 。

研究人员利用耦合模型研究了台风诱发的风暴潮和波浪形成的效应，结果表明随着台风强度或台风尺寸的增加，有效波高和风暴潮的最大值以及扩展的空间范围都显著增加，但当台风强度大于55 m/s或台风规模大于40 km时，波浪对风暴潮的贡献趋于饱和。

借助高分辨率观测及数值模拟， 海洋气象学未来发展方向主要集中在以下几点： 全球大洋对我国天气变化的调制；台风与海洋中小尺度动力过程的动力耦合；海面粗糙度（波浪、泡沫）的量化以及波-潮相互作用的研究；梅雨、季风、降水、台风等过程的预测。

论文全文发表于《 科技 导报》2021年第1期

环保意识的增强对海难救助制度的影响 论文随着人类活动对海洋环境的威胁日趋严重化，海洋环境问题引起了全球的关注，世界各国已采取积极的措施来保护海洋环境，减少或避免对海洋环境的污染。海上油污作为海洋环境污染的一种，其中的一种主要污染源是船舶的意外事故和经常性的排污操作所造成的海上污染损害。因此，当这类意外事故发生时及时采取合理措施减少或避免海洋污染损害就显得尤为重要，这实际上也就对海难救助提出了更高的要求：如何对有可能造成海洋环境污染损害的船舶及时进行救助，如何鼓励救助人积极进行救助，如何明确救助人与被救助人之间的权利义务关系等等，而这些又是传统的海难救助制度所不能完全解决的。因此，作为一项古老的法律制度，海难救助制度中的一些原则、规则须不断地发展以更好地调整这些法律关系。从海难救助制度发展的轨迹来看，随着人们环保意识的不断增强，现代海难救助制度的发展和完善呈现出如下特点和趋势：一、自愿原则具有相对性自愿是指救助人进行救助作业活动并非基于法律的规定或合同的约定。根据传统的海难救助制度，假如是基于法律或合同之义务进行救助作业活动则不是自愿的，不能形成海难救助制度中的海难救助关系，如船员对本船在遇险时提供的各种劳务、引航员对船舶的引领、国家消防职能部门进行的灭火等行政行为，因为这些行为或者是基于合同的约定，或者是基于法定的职责。但是，随着海上航行风险的不断变化，特别是海洋环境污染问题引起了全世界的关注之后，传统的海难救助制度中的自愿原则发生了明显变化，沿岸国为保护其沿岸海洋环境，往往会在出现可能对海洋环境构成威胁的情况下，采取积极的措施以避免或减少对海洋环境的损害。在这种情况下，若仍然严格适用传统的自愿原则，则救助人没有救助报酬请求权，这不利于鼓励救助人采取积极的救助措施进行救助作业，也不符合海事立法的宗旨。二、请求救助报酬突破了“无效果，无报酬”的限制按照传统习惯，救助行为必须有效果，这是救助报酬请求权成立的一个前提。如果救助行为没有获得效果，救助人与被救助人之间不存在因救助财产而形成的债的法律关系，即不发生救助报酬请求权以及保证该权利实现的附属权利，如留置权、船舶优先权等。这也就是《1910年救助公约》所确立的有名的“无效果，无报酬”原则，在1980年以前的“劳氏救助合同标准格式”中一直沿用了这一原则，我国《海商法》第179条中也同样引入了这一原则。但是，很明显随着海上风险的不断变化，“无效果，无报酬”原则已不适应海上救助新形式发展的需要，特别是在救助具有污染环境危险的船舶或者船上所载货物时，这一原则很不利于救助作业的实施。为了鼓励救助人对构成环境污染损害危险的船舶或者船上所载货物积极进行救助，以减少或避免对海洋环境的损害，保护海洋环境。《1989年救助公约》的第14条规定：如一船或其船上货物对环境构成了损害威胁，救助人对其进行了救助作业，但根据第13条所获得的报酬少于按本条可得的特别补偿，他有权按本条规定从该船的船舶所有人处获得相当于其所花费用的特别补偿①。这也就是有名的“特别补偿”条款。在我国《海商法》的第182条对此也有规定，该条规定：“对构成环境污染损害危险的船舶或者船上货物进行的救助，救助方依照本法第一百八十条规定获得的救助报酬，少于依照本条规定可以得到的特别补偿的，救助方有权依照本条规定，从船舶所有人处获得相当于救助费用的特别补偿。” “劳氏救助合同标准格式”的1980年版中，在“无效果，无报酬”原则的基础上引入著名的“安全网条款”（safety-net clause）。根据该条款，救助人对载有油类的遇险船舶进行救助时，即使没有取得成功或救助人由于受阻未能完成救助工作，只要救助人、其雇佣人员或代理人没有过失，救助人也可得到救助费用和不超过该费用15%的补偿，从而有限地扩大了传统的“无效果，无报酬”原则的使用范围。但是，安全网条款仅使用对油轮或部分装载货油的船舶进行的救助，对其他有可能损害海洋环境的危险品的救助尚不适用。吸收《1989年救助公约》的立法精神，我国《海商法》第182条第2款还规定：救助人进行前款规定的救助作业，取得防止或者减少环境污染损害效果的，船舶所有人依照前款规定应当向救助方支付的特别补偿可以另行增加，增加的数额可以达到救助费用的百分之三十。受理争议的法院或者仲裁机构认为适当，并且考虑到本法第一百八十条第一款的规定，可以判决或者裁决进一步增加特别补偿数额；但是，在任何情况下，增加部分不得超过救助费用的百分之一百。”由此可知，在对构成海洋环境污染威胁的船舶或船上货物进行救助时，不再受传统“无效果，无报酬”原则的约束，而实行无效果亦有报酬的特殊原则。不过在适用这一原则时，救助人不能有过失，《1989年救助公约》的第14条第5款规定：“由于救助方的过失未能防止或者减少环境污染损害的，可以全部或者部分地剥夺救助方获得特别补偿的权利。”对此我国《海商法》的第182条第5款也有同样的规定。可以预见，如果救助人与被救助人就是否必须支付特别补偿发生争议时，救助人是否有过失将是双方争论的焦点之一，救助人应证明其本身不存在过失，否则将丧失获得特别补偿的权利。三、救助对象的范围逐渐扩大随着海事法的发展，作为海难救助标的的范围不断扩大②。传统海商法上的海上救助主要是指对船舶以及货物的救助，《1910年救助公约》中规定的救助标的也仅限于船舶、船上货物及运费，但随着航运及其他海上活动的发展，遭受海难急需救助的财产形式不断增加，海事法中所规定的救助对象明显不够。为了保障海上安全和保护海上财产，有必要将一些新的海上财产列入海难救助的范畴，如海上石油勘探设备、浮船坞、浮筒等。为了适应海上财产多样化的趋势，《1989年救助公约》扩大了救助标的的范围，将救助标的的范围扩大到船舶和其他非永久性和非有意地依附于岸线上的任何财产，而且还指出本公约所指的“船舶”不仅包括海船，还包括内河船，甚至沉船、弃船。我国《海商法》基本采纳了《1989年救助公约》的立场，其中的第173条规定：“本章规定，不适用于海上已经就位的从事海底矿物资源的勘探、开发或者生产的固定式、浮动式平台和移动式近海钻井装置。”值得特别提及的是防止或减轻环境污染损害成为《1989年救助公约》所特有的内容，该公约第1条第4款明确规定了“环境损害”，并将其定义为由污染、沾污、火灾、爆炸或类似的重大事故，对人身健康，对沿海、内水或其毗连区域中的海洋生物、海洋资源所造成的重大的有形损害。 需要指出的是公约并没有把防止或减轻环境污染损害直接作为救助的标的，但它是确定救助报酬和特别补偿的基础，因而从某种意义上说，防止或减轻环境污染损害可以视为海难救助的间接标的。因此，根据《1989年救助公约》救助人对环境进行救助是可以获得救助补偿请求权的，也有人因此把对环境的救助称为海难救助的第四种救助标的，并称其为：“第四海事财产”。由此可以预见，新的世纪对环境的救助将越来越来受到立法者及相关人士的关注。四、鼓励救助人对环境进行救助随着人们环保意识的增强，尤其是国际社会受Amoco Cadiz事件及其判决的影响，对船舶造成海洋环境危害的法律问题加强了研究。1978年3月16日Amoco公司的Cadiz号超级油轮在英吉利海峡距法国西北部布列塔尼（Brittany）海岸约25km的海上遭遇风暴触礁并很快断裂，使所载万吨石油全部泄入海中，造成严重的环境污染。为避免悲剧的重演，在各界人士的共同努力下，《1989年国际救助公约》提出了特别补偿这一概念，对救助方在进行时为保护海洋环境所作的努力和受到的损耗进行补偿，以鼓励对有环境污染损害危险的船舶或船上所载货物进行救助。对救助人来说，救助具有污染海洋环境危险的船舶或船上所载货物是有特殊困难的，相对于一般救助而言，进行该类救助对救助人的技术要求更高，为促使救助人对具有污染海洋环境危险的船舶或船上所载货物进行救助，在确定救助报酬时就不能仅仅考虑救助人在对具有污染海洋环境危险的船舶或船上所载货物进行救助时所花的成本，还要使救助人获得一定的利润，以便救助人不断更新救助设备，培训救助作业人员等等，从而更好地对具有污染海洋环境危险的船舶或船上货物进行救助。减少或避免对海洋环境的污染，保护海洋环境是包括救助人在内的有关各方所应尽的义务，《1989年救助公约》的第8条第1款规定：“救助人对处于危险中的船舶或其它财产的所有人负有下列义务：“（a）以应有的谨慎进行救助作业； （b）在履行（a）项所规定的义务时，以应有的谨慎防止或减轻环境损害；……”第8条第2款（b）规定处于危险中的船舶或其他财产所有人和船长对救助人负有 在进行此种合作时，以应有的谨慎防止或减轻环境损害的义务。为了突出对救助方对具有污染海洋环境危险的船舶或船上所载货物进行救助作业的鼓励，有必要对救助方对具有污染海洋环境危险的船舶或船上所载货物进行救助作业的行为给予补偿，这也就出现了前面所提及的“特别补偿”制度。这在我国《海商法》的第182条中也有相同的规定，同时我国《海商法》的第185条还规定：在救助作业中救助人命的救助方，对获救人员不得请求酬金，但是有权从救助船舶或者其他财产、防止或者减少环境污染损害的救助方获得的救助款项中，获得合理份额。此外《1989年救助公约》和我国《海商法》都将救助方在防止或者减少环境污染损害方面的技能和努力作为确定救助报酬的考虑因素，使得在确定救助人的救助款项时不仅要考虑传统因素，还得考虑环境因素。这些都从不同方面突出了对救助方对海洋环境进行救助的鼓励。当然，“特别补偿”并不是营利性业务的酬金，它是一种费用，具有补偿性，旨在鼓励救助对具对有环境污染损害危险的船舶或船上所载货物进行救助。通过以上的分析，我们不难看出，海事法中的各项制度是不断地发展着的，把环保的一些理念融入海事法律的发展之中，协调人类与海洋环境的关系，是新世纪海事法发展的一种趋势。海事法将同其它有关法律一起为环境保护、人类与海洋环境的和谐做出自己的贡献。

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