用CTD资料分析东海温、盐、密度垂向细结构初步尝试——Ⅰ.浅海内波的垂向结构

用时间间隔为1小时的12次CTD观测短记录分析了东海浅水区温、盐、密度脉动的垂向特性.平均温、盐、密度剖面可以分成明显的3层:跃层及其上、下层.温、盐、密脉动基本上由内波引起,但在跃层上、下界也存在一定的入侵卷挟.跃层中心的深度起伏大于6.35米,厚度变化在3.5-8米之间.它们随时间的变化是间歇性的,不规则的.用最大熵谱估计方法估计得温度脉动的垂向波数谱,表明能量主要集中在低波数段(<0.13周/米),其间有两突出的谱峰,估计谱线斜率低于-3次方.在中(0.13-0.64周/米)、高(>0.64周/米)波数段谱线分别有-3与-5次方波数依从关系.可能低波数段是内波运动;中波数段是细结构过程或内波与细结构的联合作用;而高波数段的细结构则很弱.     

海洋水文物理学的研究

海洋水文物理学是海洋科学的一个重要组成部分。它主要研究:(1)海水温、盐、密度等水文要素的分布变化及其规律,水团类型和海流系统的划分及其消长变化等问题(海洋水文学);(2)海水各种类型的运动状态,如海流、波浪、潮汐等及其产生的机制和变化规律等问题(动力海洋学)。它和研究海水的声、光、电、磁等现象的海水物理学合而组成海洋物理学。     

南海西南海域的内波和细结构

根据１９９０年初夏南海西南部水域的两个连续站ＣＴＤ和多层海流计资料及５０多个大面站ＣＴＤ资料的分析研究得到一些关于此海域的内波和细结构的特性。它包括等温、盐、密度面起伏的特性，盐度双跃层和逆盐层等长存性细结构、温度Ｃｏｘ数的概率密度函数及流速频谱的特性，Ｃｏｘ数和温度脉动垂向波数谱的一般品性及其随水层和地域的变化规律等诸方面。     

背景流中海洋内波垂向结构的计算和分析

利用了无摩擦、不可压情况下的旋转流体线性方程组,基于数值计算的方法,对背景流中海洋内波各个模态垂向结构进行了分析。结果表明:在无背景流时,海洋内波的垂向结构为简谐波;模态越高,其在垂直方向结构就越复杂,这时其模态属海洋内波的离散谱。在有垂直切变的背景流时,因受背景流的调制,其波形发生变化;此时海洋内波的前几个模态仍与简谐波类似,属海洋内波的离散谱,而此后的模态垂向结构不再光滑连续,出现了间断(奇性),该间断处即为临界层,该具有间断的模态属海洋内波的连续谱,而其积分则为海洋内波波包。正海洋内波在海洋中非常常见,是发生在密度稳定层化海水中的一种波动,其最大振幅出现在海洋内部,是重要的海洋中尺度现象。海洋内波的存在,使得海水运动以及水文要素的分布与变化更加复杂。由于内波发生机制的复杂性以及时空特征的随机性,内波成为海洋学研究中的难点。鉴于海洋内波在海洋学和军事上的意义,目前已经成为研究的活跃领域。对海洋内波垂向结构的研究不但有重要的理论意义,而且有广     

近惯性内波破碎混合方案对MOM4模式的影响

风生近惯性内波破碎引起的跨等密度面混合在海洋内部混合中起重要作用。然而其参数化对海洋模式的模拟影响仍有待进一步认识。本文给出的是在模块化海洋模式（MOM）中海洋表面边界层以下引入一个考虑风驱动近惯性内波破碎引起的跨等密度面混合参数化方案的研究工作。模拟结果显示，该方案有效改善MOM4模拟的上层1 000 m以上的温盐偏差，特别是在北太平洋和北大西洋的通风地区。数值试验表明，风生近惯性内波破碎有可能是维持海洋通风过程的重要机制之一，它使得海洋通风区的位温变冷，盐度变淡，整层等位密面加深。维持的通风过程使得北太平洋副极地大涡的影响延伸到副热带大涡。从而模拟的北太平洋中层水源头及其副热带大涡东侧的温盐更接近观测实际。同时，模拟的北大西洋经圈翻转环流强度也更为合理。     

稳定分层剪切流动湍流特性的数值研究

随着我国沿海经济的迅猛发展,近海海域遭到越来越严重的污染,使海域环境质量明显下降,生态环境日趋恶化,并对生物资源和人体健康产生有害影响.海洋分层环境特征对各类污染物作用的机理和污染物扩散规律研究,对精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾减灾工程措施等具有重要意义.海洋中广泛存在密度分层现象,它可由温度分层也可由盐度分层引起.分层流可分为两种类型:一是密度不同的流体有明显的内部分界面,此时我们可以把它看成一个二流体系统(two-layer system),二流体系统中海洋内波问题已有广泛的研究[1~6];二是密度不同的流体相互掺混形成连续密度梯度分层流.     

海洋内波破碎问题的研究

从理论、观测、数值实验和实验室实验四个方面对国内外近20年来关于海洋内波破碎问题的研究成果进行了分析总结.数值实验和实验室实验表明:中高频内波破碎时,初始的不稳定是二维的,当最终有横向对流卷团形成时,能量开始大量耗散,这时不稳定发展成为三维的;从初始的二维不稳定到对流卷团的产生这一过程,到底是一个剪切不稳定过程,还是一个对流不稳定过程,或者是对流不稳定和剪切不稳定共同存在的一个过程,取决于海水的层化、地形、背景剪切流和内波的自身性质.现场曾观测到内孤立波破碎时存在的剪切不稳定过程,数值研究模拟出了内孤立波破碎时存在的对流不稳定过程.现有的海洋内波破碎判据主要是关于中高频海洋内波的.理论分析侧重于确定线性或弱非线性内波的破碎机制和破碎条件.     

我国内波研究取得新进展

海洋内波是在海洋内部密度不均匀水层间发生的一种波动。内波像海面波浪一样常在。只要海水密度稳定分层。再有扰动源存在,内波就会产生。内波与表面波浪虽都是液体波动,但有根本不同。空气与水的密度差有好几百倍,表面波受重力影响大,因此不易形成大浪,振幅10米以上的大浪极少见。但海洋内部海水密度     

南黄海春季温、盐结构特征分析

利用１９９２年５月在南黄海获得的ＣＴＤ资料对该海域春季温、盐结构特征进行了分析，结果表明：（１）春季，南黄海温、盐结构处于由冬季型向夏季型的过渡期，此时，整个研究海域大体上可以２０ｍ层为界分为上、下两层。上表层的温、盐结构已基本呈现夏季型特征，但深底层还具有冬季型的某些特征。（２）南黄海春季温、盐结构特征与水团配置具有较密切的关系，亦即不同的温、盐结构对应着不同的水团，反之，同一个水团具有相近的温     

黄海西部春季海洋锋及其与渔业的关系

海洋锋是一种海洋学特征。作者根据1960—1981年的资料,用温、盐指标依聚类方法分析研究了该海区的环流结构和水团的混合带,最后定出了海洋锋的位置。本文还描述了春季黄海中的海洋锋的分布及特征,及其与鹰爪虾、鲅鱼、鲐鱼洄游规律和渔场的关系。     

南海北部上层细尺度流速剪切的时间变化规律研究

基于2011年4月至2012年3月南海北部陆坡区潜标观测的高分辨率流速数据,本文研究了海洋上层细尺度流速剪切的时间变化特征及其演变规律。流速剪切的功率谱分析结果显示,南海北部上层的细尺度流速剪切主要受亚惯性运动、近惯性内波、全日内潮和半日内潮四种过程控制。其中,风生近惯性内波和中尺度涡旋所对应的亚惯性运动是造成上层流速剪切时间变化的主要原因,以往研究强调的全日和半日內潮的贡献则相对较弱。进一步分析发现,冬季中尺度暖涡能够极大地增强海洋上层的亚惯性剪切;夏、秋季南海活跃的台风所激发的近惯性内波能够造成近惯性剪切增强。另外,研究还发现,背景涡度对近惯性剪切具有重要的调制作用,即负涡度相较于正涡度更有利于近惯性剪切增强。该研究所揭示的流速剪切的时间变化规律及调控机制对改进海洋混合的参数化方案具有重要的参考价值。     

基于EMD算法的海洋内波参数反演

利用合成孔径雷达(SAR)图像研究海洋内波具有其他遥感探测及实地海洋测量不可替代的优势,然而从SAR数据中提取内波参数的方法却往往由于人工选取的位置不同使得反演的内波参数产生不同的偏差,为了尽量避免人工操作带来的误差并有效反演内波参数,文中提出了一种SAR图像海洋内波波向与波长参数估计的新方法。通过人工选取内波前导线上的3个位置点,计算机自动地获取内波的位置和内波的波向,提取内波断面,在此基础上利用EMD算法反演内波波长,结合内波区域海水密度剖面数据,进一步反演内波振幅参数。通过对实测SAR图像数据进行处理的结果可知,采用该方法对内波SAR图像进行处理,能很好地定位内波位置并获得传播方向及内波波长参数,结合海水密度剖面,实现了内波振幅参数反演。人工干预选取3个位置点,自动计算内波前导线弯曲弧度并自动计算5个内波剖面,减少了由于人工干预操作不同形成的偏差。     

海洋内波预报技术研究的必要性与可行性初探

海洋内波是发生在海洋内部密度层化水层间的一种波动。海洋内波对潜艇活动的安全以及水中兵器的使用效能等有非常显著的影响。本文就海洋内波的国内外研究现状、已有成果以及研究海洋内波预报技术的必要性和可行性进行分析。     

内孤立波与平顶海山作用的能量耗散实验研究

内波破碎引起的能量耗散和混合是海洋内部的重要物理过程。通过在二维内波水槽进行实验室实验,分析内波与地形的作用,探究内孤立波与平顶海山地形作用时波要素、能量以及湍耗散率的时空变化。本实验利用重力塌陷法在两层流体中制造第一模态内孤立波,通过粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)获得内孤立波与地形作用时的流场结构,定量分析整个作用过程。结果表明,地形会改变波形甚至引起破碎,内波与地形作用时,振幅和能量密度会在内孤立波爬坡时迅速增大,在地形前缘产生强烈能量耗散。入射波的能量与塌陷高度呈二次函数关系,透射波能量随地形升高减小,反射波能量随地形升高增大。地形前缘局地湍耗散率极值时间序列在部分实验中呈双峰结构,对应内孤立波界面处剪切加强引起湍流耗散和波后缘翻转破碎。破碎引起的地形前缘区域平均湍耗散率量级在10~(-5)m~2/s~3,局地湍耗散率极值与入射波振幅呈指数关系,所有实验中局地湍耗散率的最大值接近10~(-3) m~2/s~3量级。     

物理海洋学专业的科研情况

物理海洋学是海洋科学的基础学科，物理海洋学专业是全院中成立较早的专业之一。二十多年来，除担任繁重的教学任务外，还从事物理海洋学方面的科研工作，研究方向包括基础和应用方面，如海浪、海洋环流、潮汐、风暴潮、水团及水温预报、海—气相互作用、海洋工程、温盐结构以及内波等。     

物理海洋学专业的科研情况

物理海洋学是海洋科学的基础学科,物理海洋学专业是全院中成立较早的专业之一。二十多年来,除担任繁重的教学任务外,还从事物理海洋学方面的科研工作,研究方向包括基础和应用方面,如海浪、海洋环流、潮汐、风暴潮、水团及水温预报、海—气相互作用、海洋工程、温盐结构以及内波等。     

北黄海及渤海变性水团的初步分析

根据1978—1980年渤海及北黄海70个测站的表、底层温、盐资料,用预先给定控制临界值的聚类方法,在该海域划分出5个水团。分析结果表明。1.渤黄海暧水团在冬季为高盐特征,夏季为中盐性质;其分布范围在冬—春季较小而夏—秋季较大。2.渤海水团为中温中盐性质:其温、盐度变化较小而冬—春季范围较大。3.黄海冷水团是一个高盐水团,它在5个水团中保守性最强,而从5月至8月范围较大。4.渤海沿岸水是一个不稳定的水团,其盐度较低,温度变化较小,春季和秋季范围较大而夏季和冬季较小。5.江河冲淡水是温度变化较大的低盐水,其范围夏季大而冬季小。水团的分布,在地理位置上是从该海区之东向西,一层套一层,而各水团在不同季节有自己的模式。此外,本文还探讨了水团消长变化和渔场的关系。     

海洋内重力惯性波不稳定模态分析

基于海洋动力方程的内重力惯性波数学模型给出其数值求解方法,并对沿垂直切变背景流传播的海洋内重力惯性波的不稳定做了探讨,得到的结论有:在不考虑海底地形和采用刚盖近似的条件下,在稳定层化海水中,当背景流为常数时,海洋内重力惯性波均是稳定的。在较弱的稳定层结下,具有垂直切变的背景流会导致海洋内重力惯性波的不稳定。该不稳定内波的增长率对其波长具有选择性并可有短波截断。增长率最大处出现在波长为几十公里的范围内。对固定的内波波长,背景流垂直切变越强则其最大增长率越大;若此时有多个不稳定模态,则增长率最大的模态其垂直结构最简单。该不稳定内波流函数的结构在垂直方向大体呈单圈环流形态,环流中心可以是一个,也可以是2个,后者则呈"猫眼"结构。     

小振幅海洋内波的演变、破碎和所致混合

利用基于谱方法和MPI并行运算的数值模式SpectralModel,直接数值模拟了三维小振幅海洋内波的演变、破碎和所致湍流混合,指出导致其不稳定而破碎的为PSI(parametric subharmonic instability)机制;对于内波破碎所致的湍流混合过程,分析了跨等密度面扩散系数kρ、混合效率γ、浮力通量谱、动能谱以及势能谱等统计性质:内波破碎前,kρ和γ保持低值水平,浮力通量谱值为负,且集中在低波数段;内波破碎后,kρ和γ迅速增大,最大值分别约为0.9×103m2/s和0.18,浮力通量谱值在低波数段为负值,在高波数段为正值,这是因为层化湍流中势能向小尺度运动传递和动能向小尺度运动传递相比更为有效。在内波破碎、强湍流混合阶段,势能谱存在一谱段满足kz3律,P(kz)=0.2N2kz3。此外,与二维模拟结果相比较,导致内波不稳定而破碎的均为PSI机制,kρ、浮力通量谱、势能谱变化趋势大体一致;但三维数值实验中,内波破碎时间提前,湍流衰减加快;KE谱在高波数部分下降速度相对减小,更接近于kz3。     

海洋内波的产生与分布

海洋内波是指在海水稳定层化的海洋中产生的、最大振幅出现在海洋内部的波动。由于是产生于海洋内部 ,内波的恢复力主要是约化重力 ,这是它不同于表面波的一个重要特征。此外 ,还有许多其他不同特征 ,例如 :内潮波的振幅远大于表面潮波的振幅 ,但速度却要小得多 ;内波的群速度方向与其相速度方向几乎垂直 ;内波不仅在水平方向和时间上存在着固有结构 ,而且在垂直方向上也存在着特定的结构等。方欣华、王景明１９８６年对内波在时间和空间尺度分布特征上的一些典型值做了介绍。尽管海洋内波的频率范围相当广泛 ,但已有的多数研究工作主要集中…