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TOM模型简介

[日期:2004-04-23] 来源:中国水资讯网:  作者:未知 [字体: ]
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一、自由表面TOM模型负责人简介和概况
周伟东,40岁,男。1984年毕业于复旦大学数学系,1988年在国家海洋局第二海洋研究所获硕士学位;1989年赴日留学。1989年-1991年日本筑波大学作访问学者,师从国际著名海洋物理学家著名海洋模型TOM原制作者高野键三教授开始从事数值模型研究。1991年转读博士。1994年在日本筑波大学工程学院获博士学位。1994年-1995年在日本筑波大学工程学院电子情报系任助教,1995年-1998年在日本筑波大学工程学院电子情报系任讲师。1999年-2000年,在日本Frontier Research System for Global Change, Institute for Global Change Research任研究员。2000年回国,现任中科院南海所研究员兼博士导师。中科院引进国外杰出人才百人计划。

负责人从事海洋环流预报模型,物理海洋,海洋环境动力学和计算数学的研究。日本海洋学会,日本应用数理学会会员并在以上的研究供发表英文,日文和中文杂志发表十数篇论文和日文专著一部。其中国外SCI核心刊物的英文论文2篇,一篇为单著,SCI外围刊物的英文单著论文一篇。

二、队伍
周伟东(博士,责任研究员,百人计划入选者)
高野键三(客座教授,世界著名物理海洋学家。现被聘为TOM模型的发展顾问,流动人员)
杨阳(博士生,数值模拟,2001年入学,2003年因成绩优秀获准提前攻博)
朱秀华(硕士生,物理海洋,2000年入学)
董丹鹏(硕士生,海洋数值模型,2002年入学)

三、研究进展
负责人利用长年从事海洋数值预报的制作和研究的经验,到位工作后领导课题组在以下方面作了大量的工作,取得研究进展。

1.TOM的修改和新一代新型的自由表面模型的制作

海洋模型是海洋研究的一个最重要工具。海洋模型的制作是一项非常费时烦琐繁重和艰巨的技术研究工作。
a. 围绕世界著名的TOM模型做了大量而细致的技术工作:改进了TOM的垂直平流格式的地形处理上的不当;重新修改了有关TOM(Tsukuba Ocean Model)刚盖模型版的总体编程。编程修改后的TOM刚盖模型版已公开发表在南海所的http://www.scsio.ac.cn/TOM/TOM.htm互联网站上。
b.在TOM的模型基础上,设计开发,编程制作和调试了新一代新型的自由表面预报模型,并组织人员和参加并完成新型模型和其他世界著名的模型在封闭南海模型比较的初步工作。初步证实了本新型模型的与世界著名的模型相比拟的模拟能力的同时,揭示新型模型在某些特殊海区的强有力的计算效率上的优势,如在对中国有重要意义的南海封闭海区的计算中,新型模型比世界著名模型POM(普林斯顿海洋模式)快将近20倍,比MICOM(迈阿密等密面坐标模型)和GFDL(地球物理流体力学实验室模型)快5-7倍。
完成后的TOM新一代自由表面模型的部分研究成果报告也已发表在以上两篇SCI刊物的论文中。

同时课题负责人组织课题组制作了相应的2维诊断模型。并围绕国际重大问题大地水准面的校正目前展开诊断模型计算的应用研究。

2.新的数值方法的开发研究及其海洋预报模型的推广应用

a. 负责人针对海洋模型的浅水重力波方程发展了一个新的实用价值很高的蛙跳格式—交替蛙跳格式(Alternative Leapfrog Scheme)。蛙跳格式是一个经典的数值计算格式。由于能量守恒蛙跳格式是海洋和大气模型最基本的时间差分格式。传统的蛙跳格式由于奇偶不稳定需要穿插使用其他的时间时间差分格式才能实施,不但造成实际应用中编程的困难和烦琐,更主要的是破坏了蛙跳格式本身的守恒性(同时降低了格式的精度)。交替蛙跳格式成功地解决了传统的蛙跳格式奇偶不稳定性,保持了蛙跳格式完整的守恒性。此外,交替蛙跳格式的计算量和内存是传统的蛙跳格式的一半。该研究的一篇论文发表在国际的SCI核心刊物的杂志上。交替蛙跳格式的开发研究是这个沿用了数百年的传统蛙跳格式的一个应用性的创新研究,该研究的论文获得杂志审稿者“The authors have developed a numerical scheme with significant practical significance.”(作者发展了一个的数值计算格式,该格式具有重大的实用价值。)的评价,对方法的实用性加以高度而充分的肯定。该新的数值计算格式成功地应用于课题负责人开发研制的新一代自由表面模型并有效地提高了模型的守恒性和部分计算效率。

b. 负责人针对显式自由表面模型的正斜压方程的积分提出了理论分裂误差极小的新型的时间积分方案。十几年来显式自由表面模型在气候问题的研究中存在长期积分的不稳定性。该研究找到了传统时间积分方案不稳定的原因是由于分裂误差的积累。新的积分方案成功的解决了长期积分的不稳定性。这是一项实用性价值很高的创新性研究。负责人在新型的自由表面预报模型中成功地应用了开发的新的时间积分方案,并有效的降低分裂误差的同时成功地解决了以往显式自由表面模型的长期积分的不稳定性。课题组还积极推广新的时间积分方案在气候预报模型的应用。对本时间积分方案在气候模型中的重要性和实用性加以充分的肯定。该研究的一篇论文发表在SCI英文刊物的杂志。


3.TOM模型的网站建设

TOM模型是一个国际著名的海洋模型。课题组流动成员模型研究顾问国际著名的海洋物理学家高野键三教授是TOM的创始人,课题负责人是TOM模型的主要制作人之一。课题负责人组织课题组集中精力做了大量和细致的工作围绕TOM模型的网站建设实现了这个世界著名的TOM模型的在中国的立足扎根的工作。课题组于2003年5月用各种网上新闻和《科学时报》新闻报道形式正式宣布TOM模型的国际互联网的公开发表。通过中科院南海所的网站建立了以TOM为主的海洋数值模型的服务平台从而开始TOM模型在国际上的推广和应用,并通过国际著名的海洋数值模型TOM在源程序、代码、各种说明书文档和算例的国际互联网的共享,在中国首次实现了第一个海洋数值模型的国际化和网上公开和共享。


课题负责人还应邀和出席了两次在日本日中计算数学研讨会和阿根廷的国际物理海洋学学会大会,多次出席了国内物理海洋学会议,并出资,召集和组织了共有80名学者参加的大型的2002热带海洋环境与气候变化研讨会。课题负责人在以上国内外会议上做会议报告。


四、相关论文

I.Papers in Journal

Zhou Weidong: An alternative leapfrog scheme for surface-gravity-wave equations, J. Atmos. Ocean. Tech., 19(9), 1415-1423, 2002. (国际SCI核心刊物)

Zhou Weidong: A proper time integration with split stepping for the explicit free-surface modeling, Adv. in Atmos. Sci. 19, 255-265, 2002. (SCI刊物)

II.互联网论著和电子文档
(1)*Takano, K., W. Zhou and A.Harashima: A Numerical Model of the Ocean Circulation— TSUKUBA OCEAN MODEL (TOM), http://www.scsio.ac.cn/TOM/Tom.PDF, 2003, pp1-56.
(2)Zhou Weidong and K.Takano: TOM User’s Guide, http://www.scsio.ac.cn/TOM/Guide.PDF, 2003, pp 1-12.
(3)Zhou Weidong and K.Takano: TOM User’s Samples, http://www.scsio.ac.cn/TOM/Samples.PDF, 2003, pp 1-11.

III.会议报告
(1)Zhou Weidong: A Free-Surface Version of Ocean Model Developed From TOM. Joint IAPSO/IABO Assembly: 2001 An Ocean Odyssey, Mar del Plata, Argentina, October 21-28, 2001.
(2)Zhou Weidong: A Free-Surface Ocean Model Developed From TOM, “The Sixth Japan-China Joint Seminar on Numerical Mathematics”, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan. Aug. 5-9, 2002.
(3)周伟东:基于TOM的一个自由表面的海洋数值模型,中国科学院海洋科学青年学术研讨会暨2001年海洋湖沼科学青岛学者论坛,青岛,2001年7月
(4)周伟东:基于TOM的一个自由表面模型,2002热带海洋环境与气候变化研讨会,三亚,2002年2月26日-3月1日。
(5)周伟东:基于TOM的一个自由表面模型和一些应用,中国物理海洋学进展与发展战略学术研讨会,青岛,2003年4月
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