渤黄海冬季海温异常的时空分布特征及影响因子分析

基于Hadley中心提供的海表温度数据,分析了我国渤黄海冬季海温的时空分布特征,探讨了同期东亚环流场及前期太平洋海温场与渤、黄海冬季海温典型空间分布型态的相关关系。分析结果表明,渤黄海冬季海温具有4类典型的空间分布型式,且均具有显著的准2a振荡周期。东亚地区冬季高、中、低纬位势高度场的异常分布型态及我国近海低层环流系统之间的相互配置对渤黄海冬季海温分布型有显著影响;同时,前期太平洋关键海域海温异常的不同配置是渤黄海冬季4类典型海温异常型态的前兆强信号。     

基于最优插值和贝叶斯最大熵的海表温度融合方法研究

海表温度(sea surface temperature,SST)是影响全球气候的重要因素,在海洋科学研究中占有关键位置。论文基于MODIS红外、AMSR-2和HY-2A微波辐射计数据,分别利用最优插值和贝叶斯最大熵方法对SST数据进行融合,并用i Quam实测数据和Argo浮标数据对2015年SST融合数据进行检验。MODIS、AMSR-2、HY-2A辐射计SST的年平均空间覆盖率分别为15.0%,21.6%,22.0%,最优插值和贝叶斯最大熵融合SST产品的年平均空间覆盖率提高到98.6%和99.4%,融合产品空间覆盖率明显提高。与i Quam实测数据对比,最优插值和贝叶斯最大熵融合产品年平均偏差分别为0.07℃,0.04℃,均方根误差皆为0.78℃,其中3-7月最优插值融合产品的精度略优于贝叶斯最大熵融合产品,其它月份则相反;与Argo浮标数据对比,两种融合产品的均值偏差分别为0.06℃,0.01℃,均方根误差分别为0.77℃,0.75℃。整体上,贝叶斯最大熵融合产品的精度略优于最优插值融合产品,但计算成本较高。     

基于DINEOF的风云极轨气象卫星海表温度重构方法研究

海表温度是表征海洋表层热力状况的重要海洋参数,日均全天候覆盖的海温观测数据可为服务台风监测及其他海洋灾害时空演变的精细化预报提供数据支撑。可见光红外扫描辐射计和中分辨率光谱成像仪反演的海温产品具有较高的空间分辨率,但是红外遥感反演的海温产品受到云、雾和霾的影响,在云下存在大面积、无规律的缺值;微波辐射计反演的海温产品空间分辨率低,但可穿透云层,实现全天候海温观测。本文基于风云三号B、C、D三颗极轨气象卫星红外和微波遥感仪器反演的海温资料,利用经验正交函数插值法(DINEOF)重构得到全球海表温度产品。与全球分析场日平均海温OISST数据进行比较可知：原始海温资料的均方根误差为0.59~0.70℃,DINEOF重构后海温资料均方根误差降至0.10~0.34℃;相关系数从0.33~0.48提升到0.78~0.98。多传感器重构海温数据空间分布上连续可信,能够监测不同季节的海温变化特征及暖池空间模态。风云三号气象卫星微波遥感的加入显著提升了重构海温的空间连续覆盖率和时间分辨率。     

多源星载辐射计SST数据对比分析

基于2018年4种红外辐射计(MODIS-Aqua,MODIS-Terra,VIIRS和AVHRR)的SST数据和3种微波辐射计(GMI,WindSat和AMSR2)的SST数据,分析了7种星载辐射计SST数据的全球覆盖情况,利用Argo数据对7种辐射计SST数据进行了真实性检验,并开展了微波产品、红外产品和Argo的交叉比对分析。结果表明:VIIRS SST数据的覆盖率、有效覆盖天数均高于MODIS-Aqua、MODIS-Terra和AVHRR;AMSR2微波辐射计SST数据的覆盖率和有效覆盖天数均高于GMI和WindSat;4种红外辐射计SST数据与Argo浮标数据的平均偏差在-0.27~0℃,均方根误差小于0.76℃,其中VIIRS数据质量最好;3种微波辐射计SST数据与Argo浮标数据的平均偏差在-0.04~0.22℃,均方根误差小于0.88℃,其中AMSR2绝对偏差、标准偏差和均方根误差均小于其他2个微波辐射计数据。AMSR2和VIIRS的SST数据交叉对比发现,AMSR2与APDRC Argo、VIIRS与APDRC Argo的平均偏差分别小于0.15和-0.20℃,标准偏差分别小于0.52和0.60℃;AMSR2与VIIRS平均偏差在-0.23~-0.10℃,标准偏差小于0.41℃,两者具有较高的一致性。     

基于变分理论的AVHRR海表温度反演应用及效果评估

基于变分理论算法实现了METOP-A卫星AVHRR传感器探测数据的海洋表面温度变分反演，进行了连续1个月的海表温度反演试验，并分别从全球、分纬度带和天气系统活跃区域3个方面，将变分反演结果（VAR SST）与利用统计回归方法反演相同卫星得到的海表温度产品（GBL SST）、其他海温融合产品（OISST）及实际浮标观测数据等进行一系列评估。从全球评估指标看出，以OISST为参照，VAR SST要优于GBL SST；以浮标观测为参照，VAR SST略逊于GBL SST，而且VAR SST还改进了GBL SST随时间波动大的缺点；从分纬度带对比看出，在与OISST对比时，VAR SST在低纬度地区和北半球中纬度地区的质量要优于GBL SST，海温反演精度较高。研究还表明，由于变分方法考虑了大气状态的变化，能够更加有效订正卫星遥感过程中大气的削弱作用，从而反演出精度更高的海表温度，尤其在天气系统较为复杂的区域效果明显。     

HY-2B扫描微波辐射计海温产品在典型区域的精度验证和分析

“海洋二号B”卫星（HY-2B）于2018年10月25日发射,是我国第二颗海洋动力环境探测卫星,其上搭载有包括扫描微波辐射计（SMR）在内的多个载荷,海表面温度（SST）是SMR的主要产品之一。本文分别利用NOAA提供的iQuam实测海温数据、CORIOLIS卫星WINDSAT反演的海温遥感产品、NCEP模式海温数据,在两个典型区域,对2020年1月1日至2020年12月31日期间的HY-2B/SMR海温产品进行了验证,其中HY-2B/SMR与iQuam实测海温的Bias为0.004℃,RMSE为0.65℃左右,CORR高于0.95。通过进一步分析,由区域A的分析结果揭示出HY-2B/SMR海温产品精度随纬度变化的规律及其原因,同时,由区域B的分析结果揭示出陆地、岛礁以及RFI对海温总体反演精度的影响约为0.1℃。     

北黄海海温分布变化的数值模拟分析

通过对各月北黄海海温统计产品的分析,研究了北黄海海温的分布特征及其变化特点,在对北黄海冷水现象的分析研究后,对于海温的季节变化特点也进行了分析阐述。通过ROMS海洋模型对海温进行数值模拟分析研究,我们对于北黄海海温的详细特征和变化机制有了更深刻的把握,认识到了热平流、上升流、混合机制等因素是形成北黄海海温区域分布特点的重要因素。     

北极星载微波辐射计海表温度遥感观测能力分析

本文利用2016年的AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM等星载微波辐射计海表温度（SST）数据，分析了北极卫星遥感SST数据的时空覆盖和产品精度情况。结果表明:北极星载微波辐射计SST冬季覆盖率和有效覆盖天数要低于夏季，GMI的SST有效覆盖率较低，AMSR2较高，联合使用AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM星载微波辐射计SST数据，2月份覆盖率在12%~15%之间，有效观测天数优于26 d，8月份覆盖率全月高于26%，有效观测天数优于29 d。北极地区星载微波辐射计SST数据的误差均要大于全球平均水平，AMSR2数据精度较好，WindSat与AMSR2的精度相当，GMI的均方根误差约是AMSR2的2倍，HY-2A RM数据精度低于其他星载微波辐射计水平。     

基于EEMD和ARIMA的海温预测模型研究

类型丰富、时空分辨率高的海洋探测数据,为信号分解和机器学习算法的应用提供了可能。本文针对如何建立有效的海温预测模型这一问题,使用高时空分辨率的海表温度(SST)融合产品,引入信号处理领域的集合经验模态分解(EEMD)和机器学习领域的自回归积分滑动平均模型(ARIMA)。首先利用最适于分解自然信号的EEMD方法,将海温数据分解成多个确定频率的序列;再利用ARIMA分别对各个频率的序列进行预测,最后将各个序列的预测结果进行组合。该方法在丰富数据的支撑下,比以往直接使用海温数据所建立的预测模型精度更高,为更好地进行海温预测提供了新方法。     

全球海洋模式中不同海表热力与动力强迫对海温模拟的影响

对比了两套不同空间分辨率的海表热通量和风应力资料的差异,并将这两套外强迫数据作为全球海洋环流模式MOM4的上边界,研究不同的外强迫对全球海温模拟的影响。通过将两组试验的全球海温的气候态SST、经向平均的垂直海温、海温的季节及年际变化特征与SODA数据进行对比分析。结果表明:不同的外强迫对全球海温的模拟具有重要的影响,虽然采用这两套外强迫数据模拟的海温在大尺度的空间分布上与观测较为一致,但同时也存在一定的差异。这些差异总体表现为:采用CFSR数据作为模式外强迫时,模拟的海温表现为印度洋及大西洋区域的海温误差相对较小,而采用NCEP数据作为模式外强迫时,模拟的海温表现为太平洋区域的海温误差相对较小。两组试验模拟的海温差异的分布及特征与这两套数据净热通量差异的分布及风应力差异的分布相一致。未来建立海洋气候预测系统时,应该根据业务需求更加合理的选择外强迫数据。     

黄海暖流源区海表面温度锋面的结构及季节内演变

利用1985～2002年月均和每8天平均的AVHRR Pathfinder卫星海表面温度数据,分析了黄海暖流源区海表面温度锋面的分布特征及其季节和季节内演变过程的规律.分析结果表明,黄海暖流源区海表面温度锋面只在冬季及其前后出现,且是一个包含南北两支锋面的锋面系统,其北支锋面位于33°～34°N之间,大体呈东西走向,南支锋面沿长江浅滩边缘,呈西北东南走向,作者称之为黄海暖流源区锋面.该锋面从11月下旬于济州岛西部生成并向西北方向扩展,至1,2月份达到最大程度,于2月下旬后向东南方向退缩并在3月份至5月份之间消失.在该锋面系统的生长期和衰退期,其南北两支锋面有时于西端连接在一起而形成指向西北的舌状锋面.黄海暖流源区锋面的演变过程与黄海暖流的演变过程紧密相关,也对黄东海的质量和热量交换有重要影响.     

黄、渤海断面及海洋站的盐度分布特征与变化趋势

采用经验正交函数(EOF)分解、超前滞后相关分析等方法,分析了36°N断面、大连—成山头断面和渤海中部断面盐度的空间分布特征和时间变化特征,讨论了环黄、渤海海洋站之间盐度的关系。结果表明,36°N断面、大连—成山头断面和渤海中部断面盐度的整体趋势都是升高,黄河流量的减小是造成渤海盐度升高的重要原因。黄海千里岩站1960～2000年间的盐度整体趋势也是升高,年变化率为0.01/a,造成盐度升高的主要原因是降水的减少,并且其短期震荡可能和ElNio有关,长期变化则与太平洋年代际震荡(PDO)有关。此外,千里岩站和其他海洋站之间的盐度有较好的正相关关系,只是在时间上存在着1～3个月的超前。对黄、渤海盐度长期变化的系统分析表明,近海盐度可能受到外洋的影响,有助于加深对中国近海环境演变的认识。     

渤黄东海潮能通量与潮能耗散

利用同化高度计资料和沿岸验潮站资料对潮汐数值模式进行同化,根据同化后的数值模式结果,对渤黄东海中的潮能通量和潮能耗散进行了研究.M2分潮从太平洋进入渤黄东海的潮能为122.499GW,占4个主要分潮进入总量的79%.黄海是半日分潮潮能耗散的主要海区.全日分潮则主要耗散在东海.全日分潮在遇到陆坡的阻挡以后有一部分潮能沿着冲绳海槽向西南传播,并有一部分潮能反射回太平洋,其中O1分潮通过C3断面反射回太平洋的潮能,约占其传入东海潮能的44%.     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。     

渤、黄海冬季海冰对大气环流及气候变化的响应

受全球气候变暖影响,渤、黄海冬季气候呈明显的变暖趋势。在1951-2010年共60年中,后30年较前30年,气温升高了1.6℃,升幅异常显著。与此相对应,渤、黄海冬季海冰的冰级下降了0.6级。渤、黄海冰情持续偏轻与全球气候变暖趋势相当一致。冬季渤、黄海气温异常是对全球大气环流变化的响应,直接受同期东亚大气环流制约。研究表明,渤海海冰和大气环流的关系是清楚的,这对预测渤、黄海海冰具有重要意义。     

波浪和太阳短波辐射对渤、黄海夏季温度垂直结构的影响

基于普林斯顿(POM)模式,采用不同的垂直混合方案并考虑太阳短波辐射的作用,对渤海、黄海夏季垂直热结构进行了数值试验。试验结果表明,夏季波浪混合控制着渤海、黄海上混合层的形成,加入波浪混合能明显改善陆架浅海的夏季温度垂直结构。太阳短波辐射对渤海、黄海夏季上层垂直热结构有一定的作用,研究夏季海洋上层垂直热结构应该包括太阳短波辐射的影响,特别是对于水深相对较深的黄海。     

黄海、渤海沉积物中生物硅的测定及存在问题的讨论

硅是水生态系统中构成生物群落的重要元素[1].海洋中硅主要来源于河流输入(4.2±0.8)×1014g/a和热液喷发(1.9
.77;10)×1014g/a[2].另外冰川风化、低温海底玄武岩风化、沉积物的成岩作用和大气沉降亦是其来源之一[3].沉积物中的生物硅又称生物蛋白石(简称蛋白石),指化学方法测定的无定形硅的含量,主要由硅藻、放射虫、硅鞭毛虫和海绵骨针组成.沉积物中蛋白石的积累反映了生产力在时间和空间尺度的变化[4,5].对于生物硅的测定,至今已提出了许多种方法.其中最灵敏、应用最广泛的是化学提取法[6,7].     

渤海、黄海浮游植物生态的研究

本文以1984～1985年渤海、黄海海洋图集综合调查的资料为主,收集和分析了我国黄海中部以西海域有关浮游植物调查研究资料。可以看出,以往我国对黄海中部以西海域浮游植物群落结构和生态特征进行了较详细的研究,初步揭示了该海域浮游植物种类和数量分布的基本面貌,并了解了引起赤潮的种类和赤潮发生的基本情况,这一切都为开展黄海大海洋生态系的研究奠定了基础。     

中国黄、渤海海水中溶解镉的形态研究

黄、渤海是我国重要的海洋经济渔业开发区域,海水中痕量金属的含量及其存在形态会对海洋环境、海洋渔业产生重要影响。随着近年我国痕量金属采集与分析测试技术的发展,数据的准确性有了新的提升。2016-06—07采集黄、渤海40个站位的海水样品,测定其溶解态金属Cd的总浓度,并应用电化学方法(阳极溶出伏安法)分析Cd存在形态。结果表明,渤海海水中的总溶解态Cd浓度是南黄海海水中的2~3倍,这可能与渤海海水停留时间较长,水深较浅,周边较多河流输入有关。20%~92%以上的溶解态Cd是以有机络合物形态存在,以自由离子态存在的Cd浓度不超过100 pmol/L,低于Cd对浮游生物的毒性阈值。渤海比黄海的金属配体浓度高出2倍以上,高值出现在黄河口周围海域,表明黄河水携带较多有机配体输入。推测我国近海有机配体来源可能包括陆源输入、沉积物再悬浮的解析过程以及藻类分泌。研究还表明,黄、渤海海水中溶解态Cd的有机配体络合常数较其他海域的稍高,这与我国近海废、污水排放的有机络合配体类型有关。     

北黄海-渤海表层沉积物中浮游植物生物标志物的分布特征及指示意义

作为一种新的地球化学指标方法,多参数生物标志物法已被广泛应用于重建浮游植物生产力及群落结构。本文对北黄海-渤海表层沉积物中浮游植物生物标志物的分布进行了研究。通过对北黄海-渤海60个站位的调查研究发现,硅藻、甲藻和颗石藻这3种浮游植物的生物标志物含量高值区主要分布在泥质区,同TOC的分布模式类似。为了消除粒度和沉积速率对含量的影响,将这3种生物标志物含量分别与TOC做比值,结果发现相对含量高值区与高生产力区相对应。以这3种生物标志物的相对比例来分别指示浮游植物在北黄海-渤海的相对贡献变化,结果表明近岸区硅藻相对贡献高,这主要与硅藻在高浓度硅的情况下具有竞争优势有关;而由于对营养盐的竞争关系,甲藻相对贡献高值区处于远岸区。在北黄海中部发现高的颗石藻相对贡献,与黄海暖流入侵路径相对应。