苏北浒苔生长期运移路径及温盐环境的数值模拟

基于已验证的有限体积海岸海洋模型(FVCOM)和拉格朗日粒子离线追踪模块,模拟了潮、风、环流、温盐、波等外界强迫不同组合下苏北海域水面粒子的5种运移路径,通过实际漂流瓶轨迹验证,并进行路径间的差异与对应单强迫流场对比研究,探讨发端于苏北的浒苔运移路径及其影响因素。结果表明:浒苔运移路径先沿着苏北沿岸向北运移至废黄河口附近海域,之后向东北方向偏转继续运移,一直到山东半岛南部海域;影响苏北浒苔运移路径的外界强迫主要是风,其次是温盐、波浪、环流,潮流可以引起浒苔在局地的旋转往复运动,不能使其向北远距离漂移。漂流期间,苏北沿岸海域表层温度为18～24℃、盐度为28～31,温盐条件在浒苔最宜生长条件范围,是浒苔能边漂移边大面积暴发的原因之一。     

苏北沿岸流对浒苔暴发及漂移过程的影响

根据2009年5月的温度、盐度和溶解氧观测数据,应用"对应分析法"对水团的分布范围和特性进行了分析,并探讨了苏北沿岸流对浒苔(Enteromorpha prolifera)暴发及漂移过程的影响。结果表明,春季苏北沿岸流向东南流动过程中,可以将海水中悬浮的浒苔繁殖体向南输运至长江冲淡水与苏北沿岸流交汇处,此处的浒苔繁殖体在适宜的条件下生长繁殖。在夏季风的作用下,长江口北部的浒苔与苏北沿岸海域的浒苔,随表层海流向北漂移,在地球偏转力作用下,漂移路径不断向右偏转,并最终在山东半岛南部海域聚集堆积。苏北沿岸流在浒苔暴发初期将繁殖体输送到条件适宜的生长区,并对浒苔向北漂移起到了重要作用。长江冲淡水向北扩展范围的增大对于浒苔的生长和繁殖起到了促进作用。查明浒苔扩散路径及输运机制不仅具有重要环境意义,而且对深入了解沿岸和河口区泥沙及污染物的扩散和输运机制具有指示作用。     

南黄海浒苔漂移轨迹年际变化规律及驱动因素

综合利用环境卫星(HJ-1A/1B)CCD影像与MODIS影像,对2011-2017年南黄海海域浒苔信息进行了提取,并结合QuickSCAT海风数据以及ESRL海温数据对浒苔生长及漂移路径的影响进行了分析。结果表明:(1)7年中利用遥感手段最初发现浒苔的日期为5月份,初始发现位置多集中在江苏省盐城市附近海域,且近7年浒苔漂移方向整体上向北,进入山东半岛海域。其中,浒苔中心点距离青岛海域最远约115km(2015年6月21日),最近约9.6km(2012年7月11日)。(2)浒苔中心点漂移方位年际差异较大,整体上浒苔漂移路径方向与海面风风向高度一致。(3)SST是浒苔暴发的关键环境因子,南黄海海域5—8月份SST逐月升高为浒苔生消过程提供了环境条件。     

2009年黄海绿潮浒苔爆发与漂移的水文气象环境

2008年和2009年,黄海中西部局部海区均出现绿潮浒苔,但由于绿潮爆发时间不同和漂移路径不同,造成的影响大不相同。本文利用EOS卫星的多通道资料,采用通道合成的方法,给出了绿潮浒苔的分布和移动情况。利用卫星遥感的海面风场、降水、云中液态水含量、海表面温度(SST)、POM模式模拟的海流等资料,分析了2009年绿潮浒苔期间的水文气象条件、以及浒苔聚集和定向移动的原因,并与2008年的情况进行了对比。结果表明,前期降水的明显增多与绿潮爆发有密切关系,降水过后海水中营养盐类充足,而且降水后黄海上空降水和云中液态水含量偏少,日照比较充足,光合作用强,有利于海上浒苔迅速繁殖。2009年黄海西部降水明显增多的时间较2008年晚15 d左右,是2009年绿潮浒苔爆发比2008年晚15 d左右的重要原因。风力是浒苔在海洋中移动的主要强迫力,强劲持续的的东风或者东南风是导致2008年浒苔在青岛沿海登陆的主要外界强迫力,而2009年西南风使浒苔向东北方向漂移。SST变化对浒苔爆发的影响不显著。定量分析表明,浒苔密集区的移动更倾向于与盛行风向一致,向下风方偏右5~40(°)方向漂移,浒苔密集区的移速与海流速度更加一致,约为海流速度大小的0.8倍。     

2008年青岛海域浒苔大爆发天气特征及成因分析

2008年6～7月,青岛近海海域出现了浒苔大爆发事件.本文通过分析卫星遥感的浒苔监测信息和海面风场资料表明,浒苔在5月中旬前后生成于黄海西北部海域,5,6月份黄海上空维持偏南风流场,在风应力作用下产生了偏北向表层海流,青岛海域大量积聚的浒苔是顺流漂移而至的.进一步分析研究气象和水文观测资料表明,浒苔的发生与海洋环境及降水、光照等水文气象条件有关.6,7月份浒苔漂移至青岛海域时,青岛的气温升高,降水较往年偏多,天气特征更加促进了浒苔的生长,因而造成2008年青岛海域浒苔大爆发事件.     

2015年黄海浒苔演变特征的遥感分析

为揭示2015年黄海区域浒苔演变特征, 利用MODIS(moderate-resolution imaging spectrometer)数据, 通过计算漂浮藻类指数(floating algae index, FAI)建立了浒苔信息的数据集, 进而获取了浒苔的时空变化规律特征。研究发现, 5月13日浒苔条带最早出现在苏北近岸, 之后浒苔条带向北和向东漂移, 浒苔覆盖面积逐渐变大; 向北漂移的浒苔逐渐发展成大规模聚集的形态, 而向东的条带仍旧是分散的形态; 向北漂移的浒苔条带6月12日到达半岛顶端后出现大规模登陆的情况, 登陆的依次顺序为乳山—青岛—海阳; 在苏北近岸的浒苔一直持续到8月5日。对2015年浒苔时空演变特征与往年情况进行初步对比分析, 发现其与2013年浒苔漂移路径和登陆过程存在显著差异, 具有很强的年际差异。     

盐度对浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体萌发生长及藻体繁殖的影响

黄海绿潮起源于苏北浅滩,每年夏天漂移到青岛沿岸泛滥成灾,对生态环境造成严重破坏。苏北浅滩受沿岸径流输入影响,盐度变化范围大,青岛海域盐度较稳定,稍高于苏北浅滩。盐度对浒苔微观繁殖体萌发、藻体生长及繁殖过程具有重要作用,通过室内连续受控实验,系统研究了固定盐度(5、10、15、20、25、30、33、35)和变化盐度(盐度逐渐降低)对浒苔微观繁殖体固着、萌发、藻体生长和繁殖不同阶段的影响,主要结论如下:固着阶段,盐度5不利于浒苔微观繁殖体的固着,盐度10～35对微观繁殖体固着的影响不显著,相同盐度下,孢子的固着量显著高于配子。萌发阶段,不同盐度(5～35)及不同盐度变化形式对微观繁殖体(孢子和配子)的萌发没有显著影响,孢子的萌发速度快于配子,最终均能完全萌发。生长阶段,低盐(5～15)不利于浒苔幼苗的生长。繁殖阶段,当盐度≤10时,浒苔不进行生殖活动;盐度15～35范围内,浒苔可以产生微观繁殖体,完成一个完整的生活史;在绿潮形成过程中,孢子的生殖策略为K对策,配子的生殖策略为R对策。上述结论表明,在苏北浅滩和青岛海域,盐度不是限制浒苔发生发展及繁殖过程的关键环境因子,明确了盐度在绿潮发生...     

黄海浒苔漂移输运模式的建立与应用

本文利用NCEPGFS预报风场和中国近海高分辨率三维MASNUM海浪-潮流-环流耦合海洋数值预报系统的预报数据,建立黄海浒苔漂移输运模式,用于黄海浒苔溯源和漂移输运数值模拟研究。使用2009年5月份黄海表层漂流浮标数据和2012年MODIS卫星遥感浒苔漂移分布资料对所建立的漂移输运模式进行验证,结果表明所建立的模式能够有效的模拟出浒苔暴发区漂流浮标运动状况,并能够有效地模拟出2012年浒苔漂移输运过程。最后运用所建立的模式开展2008年和2010年浒苔漂移输运过程,模拟结果与文献报道的卫星观测结果一致。模拟结果表明,受海洋表层流影响两年浒苔特征显著不同:2010年浒苔影响海域明显小于2008年,且2010年浒苔主体没有大规模在青岛近岸堆积。     

浒苔漂移轨迹预报系统

2008年6月下旬,青岛海域出现大量浒苔,并迅速蔓延至近岸,对第29届奥运会帆船赛事构成严重威胁。为给浒苔清理和打捞提供决策支持,国家海洋环境预报中心及时作出应急响应,在短时间内建立了浒苔漂移路径预测系统,向有关部门发布浒苔漂移轨迹预报和海洋环境预报,成功协助前线应急指挥中心完成了浒苔的控制和治理。本文对国家海洋环境预报中心建立的浒苔漂移轨迹预报模型进行了详细描述,并开展了浒苔漂移预报误差分析。     

基于遥感资料的2008年黄海绿潮浒苔水文气象条件分析

利用EOS卫星的多通道资料,采用通道合成的方法,给出了2008年5～7月间黄海海面浒苔的分布情况。利用卫星遥感的海上风场、降水、云中液态水含量、海表面温度(SST)等资料,分析了绿潮浒苔期间的水文气象条件、以及浒苔聚集和定向移动的原因。结果表明:2008年4～5月中旬苏北～山东半岛、黄海西部降水异常偏多导致近海营养盐偏多,5月下旬黄海上空日照比较充足,光和作用加强,有利于海上浒苔迅速繁殖。5～6月黄海大风日数异常偏少,可导致悬浮泥沙少,有利于可见光在水中的透射,利于浒苔的生长。浒苔的密集区位置与风场辐合区位置比较一致,浒苔密集区的移动与盛行风向基本一致,向下风方向漂移。6月偏东风异常是浒苔在青岛附近沿岸大量聚集的主要原因。     

绿潮迁移过程中环境要素与浒苔藻体生物学特征的相关性分析

浒苔(Ulva prolifera)引起的大规模绿潮起源于黄海南部,在向北迁移过程中生物量迅速扩增,在海州湾附近(35°N左右)迅速增加达到峰值.在绿潮漂浮迁移过程中,海水表层温度、溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)和磷酸盐(PO43--P)变化显著.本文以迁移过程中的浒苔为...     

核电站附近海域漂流海藻的漂移路径数值模拟

研究核电站附近海域漂流海藻的漂流路径对保障核电站冷源安全具有重要意义。本研究根据辽东湾东部海域漂流海藻的分布特征,构建该海域的二维水动力和粒子追踪数值预测、预报模型,基于近年实际观测的海流和潮位数据,对水动力模型进行验证,并根据2019年5月至8月释放北斗和GPS浮标采集数据,对该海域相同工况下的海藻漂移路径进行校验,均吻合良好。同时,对该海域7月大潮期,取水口附近海域的海藻堵塞风险进行了模拟分析,得到各不同工况下,漂流海藻到达取水口定义威胁区范围内的时间。结果表明,该数值模型能够对漂流海藻的漂移路径进行准确模拟,可为科学规避或有效减轻漂流海藻对核电站冷源取水口的堵塞风险提供技术支撑。     

黄海潮波系统下的GOCI反演及OSU模式海表流场数据适用性研究

黄海呈现独有的地形条件,且该海域的潮波运动独具特征。本文利用静止海洋水色成像仪（Geostationary Ocean Color Imager, GOCI）遥感反演和俄勒冈州立大学（Oregon State University,OSU）潮流模式分别获取了黄海海域的海表流场,基于该海域独特的潮波系统提出并识别潮波干涉区,进而对GOCI反演的流场做潮流提取,并对两种潮流数据作分区可用性评价,通过实测的漂流浮标数据验证评估。结果表明：利用GOCI反演和OSU潮流模式获取的海表流场具有一定程度的可靠性,GOCI反演的海表流场的流速平均相对大小误差值为0.77,OSU潮流模式获取的海表流场流速平均相对大小误差值为0.49;在靠近潮波干涉区的黄海中部海域,GOCI潮流数据与实测数据在方向上的一致性要优于OSU潮流数据,两者平均角度误差值分别为48.45°和63.10°;在远离潮波干涉区的黄海近岸海域,OSU潮流数据与实测数据在速度大小和方向上的一致性要优于GOCI潮流数据。     

Photosynthetic response of floating Ulva prolifera to diurnal changes of in-situ environments on the sea surface

During yellow sea green tide outbreak, the thalli of Ulva prolifera drifted more than 350 km on the sea surface from off shore of Jiangsu Province to Qingdao city, where they were exposed to complex changes of local environments. The purpose of this study is to investigate the response of the thalli to diurnal changes of environments on the sea surface, and a sea surface environment simulator (SSES) was designed to simulate the natural environment of floating U . prolifera mat. A control experiment is designed in the laboratory, which was processed under suitable conditions (20°C for temperature, 72 μmol photons/(m 2 ·s) for light intensity and 30 for salinity), and an in-situ research was conducted to study the photosynthetic responses of floating U . prolifera to diurnal changes of environments. The results show that the photosynthetic efficiency of the thalli decreased gradually with time, and decreased rapidly after 14:00 local time (LT). After exposed to the environment on the sea surface for 6 h, the photosynthetic activity of the thalli decreased significantly. Furthermore, physiological-level and molecular-level experiments revealed that non-photochemical quenching (NPQ), cyclic electron flow (CEF) and energy redistribution between PSI and PSII all played an important role in the strong photosynthetic plasticity of U . prolifera . NPQ is the most important photoprotective responses to environmental changes before 12:00 LT. The results also confirmed that the CEF and energy redistribution between PSI and PSII are the main synergistic eff ects for the thalli to adapt to the environmental changes when the process NPQ cannot work. And the result can further reveal the reason why U . prolifera can adapt to the living condition of long distance drift on the sea surface. The findings of this research could provide a theoretical basis for explaining outbreaks of the green tide and instructing the management of the problem.     

围海造陆条件下排海高温浓盐水对渤海湾温盐场分布影响模拟及预测

自2000年以来围绕渤海湾的围海工程剧增,致使工程区附近潮流场发生变化,进而影响排海高温浓盐水的时空分布特征。本文通过建立2000年和2015年两种不同岸线、地形条件下的三维数学模型对渤海湾沿岸3个电厂高温浓盐水表层排海问题进行模拟,研究结果表明,渤海湾的潮流场和高温浓盐水输移扩散特征在近十几年发生了较大变化:工程后,渤海湾平均盐度增大0.203,平均温度升高了0.105℃,同时曹妃甸附近海域浓盐水输移扩散速度明显增加。增大排放口流量至12.7 m3/s,湾内最高温度为26.46℃,较2015年最高温度增加了2.72℃。本文模型可准确模拟及预测排海废水盐度、温度分布特征,为合理布置水电联产设备排放口的位置提供理论基础。     

海浪搅拌混合对北太平洋海表面温度模拟的影响

利用NCEP再分析风场驱动WAVEWATCH III海浪模式对北太平洋海域的海浪过程进行模拟,利用浮标观测资料对模拟出的海浪要素有效波高进行验证,发现他们之间具有很好的一致性。基于模式输出的有效波高等波浪要素,利用特征波参数化理论,在海洋环流模式中引入海浪搅拌混合作用,分析其对北太平洋海表面温度模拟的影响,初步数值模拟结果表明,sbPOM模式在考虑海浪搅拌混合作用以后,模拟精度进一步提升,这对提供一个准确的大气模式下边界条件具有重要作用。     

秦山核电站邻近水域的基本水文特征

文章根据1989年4、7、10月和1990年1月在秦山核电站邻近水域获得的水文观测资料,对该区域中海水温度、盐度、浊度、水色和透明度以及潮汐、潮流等要素的分布和变化特征进行了较为详尽的分析,为进一步了解该水域的基本水文状况和海水运动的基本规律提供了重要依据。     

北部湾东北部潮锋的观测与分析

近海潮锋的分布与温度、盐度乃至海洋生产力的分布都存在紧密联系。基于北部湾东北部的实测数据,对比分析2016—2017年北部湾东北部海域的温度、盐度、密度等分布,并利用ROMS(Regional Ocean Model System)正压与斜压模式,计算Simpson-Hunter (S-H)参数,阐述了潮锋出现位置及其与温度、盐度和密度的关系。结果表明:北部湾东北部潮锋发生的主要区域位于雷州半岛附近,潮混合区温盐密混合较为均匀。利用ROMS模式计算所得的最大垂直平均流速来计算S-H参数,认为潮锋出现位置位于S-H参数值为2处,与实测结果较为一致,且认为正压模式比斜压模式更能准确模拟潮混合区。另外,分析观测数据发现,温度、盐度、密度锋终年存在。近岸处密度锋主要受盐度锋控制,而潮混合产生的盐度锋又容易被径流掩盖。风力较大时三种锋都易向水深更深处推进,潮混合区终年垂向混合较好。     

粤东后江湾近岸带风-浪-流联合作用下的泥沙输运

在现场观测资料分析基础上,应用波-流联合输沙模型,对粤东后江岬间海湾近岸带净环流、泥沙输运作用加以模拟分析,结果表明,东北东向风是形成近岸西南向净环流的主要驱动力,波浪控制了海底泥沙再悬浮和底质推移输运的过程,从而形成海湾海底地形以东北部侵蚀为主、西南部以淤积为主的发展趋势.     

北冰洋中心区海冰漂流与大气过程

利用北冰洋中心区漂流自动气象站(DAWS)2012年9月—2013年2月的观测数据,分析了北极点周围海冰漂流轨迹和速度及相关大气过程。结果显示,北冰洋中心区海冰具有不稳定漂流过程。2012年9月1日—2013年1月6日,DAWS所在海冰从西向西北方向漂流,2013年1月6日以后稳定地向东南方向漂流,平均移速为0.06m/s,最大达到0.4m/s。海冰漂流方向的突变和加速与穿极气旋和急流的影响有关。净辐射常出现短期突变过程,导致海冰从大气吸收能量,减缓了海冰的辐射冷却。爆发性增温过程的最大幅度达到30℃,是由强穿极气旋和伴随的暖湿气流向北极中心区输送引起,这种现象在中低纬度十分罕见。增温过程的作用是高空大气向冰面输送热量,导致海冰破裂,海冰硬度的脆变,减缓海冰厚度的增长,这种过程可能是北极海冰面积和厚度减少重要过程。