垂向修正的南极冰架下平面二维羽流模式与传统模式的应用比较研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

冰架作为连接大陆冰盖与海洋的重要纽带，在南极冰盖的物质平衡和全球海平面变化中扮演着至关重要的角色。

冰架底部融化是导致南极冰盖物质损失的主要途径之一，而冰架下海洋环流，特别是冰架-海洋界面处的羽流过程，对冰架底部融化速率具有显著影响。

研究目的：本研究旨在建立垂向修正的南极冰架下平面二维羽流模式，并与传统模式进行应用比较研究。

2. 本选题国内外研究状况综述

国内外学者针对冰架-海洋相互作用开展了大量研究，取得了丰硕成果。

国内研究现状：近年来，国内学者在冰架-海洋相互作用领域的研究逐渐兴起。

例如，xxx等[1]利用数值模拟方法研究了罗斯冰架底部融化对海洋环流的影响；xxx等[2]基于观测数据分析了阿蒙森海冰架融化与海洋热量输运的关系。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

主要内容:本研究将从以下几个方面展开：
1.传统二维羽流模式的回顾与分析：阐述冰架下羽流的基本概念和动力学过程；介绍传统二维羽流模式的基本原理、优缺点及适用范围；分析传统二维羽流模式在模拟垂向结构复杂的冰架下羽流过程时的局限性，指出其需要改进的方向。

2.垂向修正二维羽流模式的建立：在传统二维羽流模式的基础上，引入垂向修正项，以更好地反映冰架下羽流的垂向结构变化；推导垂向修正二维羽流模式的控制方程，并给出相应的边界条件和初始条件；采用数值方法对垂向修正二维羽流模式进行求解，并设计合理的数值实验方案。

3.模式验证与对比分析：利用南极某一典型冰架的观测数据，对垂向修正二维羽流模式和传统二维羽流模式进行验证，比较两种模式模拟结果与观测数据的吻合程度；分析两种模式在模拟冰架下羽流特征参数（如温度、盐度、速度等）的空间分布和时间演变规律方面的差异，探讨垂向修正对模拟结果的影响机制；对比分析两种模式预测的冰架底部融化速率，评估垂向修正对冰架底部融化估算的影响。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和案例分析相结合的研究方法，具体步骤如下：
1.文献调研阶段：查阅国内外相关文献，了解冰架-海洋相互作用、羽流动力学、数值模拟等方面的研究进展；收集整理传统二维羽流模式的理论基础、控制方程、求解方法等相关资料；搜集南极典型冰架的观测数据，包括但不限于温度、盐度、流速、冰架底部融化速率等。

2.模型构建与求解阶段：基于传统二维羽流模式，引入垂向修正项，建立垂向修正的南极冰架下平面二维羽流模式；推导垂向修正二维羽流模式的控制方程，确定边界条件和初始条件；选择合适的数值方法对模式进行离散化，并编写程序代码实现模式求解。

3.模型验证与分析阶段：利用收集的南极典型冰架观测数据，对建立的垂向修正二维羽流模式进行验证，检验模式的准确性和可靠性；将垂向修正二维羽流模式与传统二维羽流模式进行对比分析，评估垂向修正对模拟结果的影响，并分析其原因；利用两种模式模拟冰架底部融化速率，比较分析两种模式的预测结果，探讨垂向修正对冰架底部融化估算的影响。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于：
1.提出了垂向修正的南极冰架下平面二维羽流模式，相较于传统二维羽流模式，该模式能够更好地反映冰架下羽流的垂向结构变化，提高模拟精度。

2.将垂向修正二维羽流模式与传统二维羽流模式应用于南极典型冰架，通过对比分析两种模式的模拟结果，揭示垂向修正对冰架下羽流过程模拟的影响机制。

3.本研究可为南极冰架-海洋相互作用研究提供一种更为精细化的数值模拟工具，并为极地气候变化和海平面上升预测提供重要参考。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 黄丽娜, 秦大河, 陈文, 等. 近40 年南极冰盖表面融化时空变化特征[j]. 极地研究, 2022, 34(2): 187-198.

[2] 李丙瑞, 韩博, 史久新, 等. 基于 hycom 的南极区域海洋模式评估及海冰模拟改进[j]. 极地研究, 2023, 35(1): 1-13.

[3] 刘钦, 史久新, 谢非, 等. 基于 roms 模式对阿蒙森海暖水入侵派恩岛冰架的模拟研究[j]. 极地研究, 2021, 33(1): 47-57.