黄、东海边界悬浮物输运量的卫星遥感估算

利用2002—2015年的中等分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)第4波段反射率产品对黄、东海边界的悬浮物输运情况进行了分析, 同时利用黄、东海2003年现场实测的悬浮物含量数据和这期间准实时的MODIS影像数据, 建立了基于MODIS第4波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。基于该模型, 反演黄、东海表层悬浮物浓度, 并计算悬浮物扩散面积。利用反演得到的表层悬浮物浓度和悬浮物浓度垂向预测模型, 获取垂直方向上的悬浮物浓度, 同时结合水深、扩散面积数据, 计算特定时刻水体中的悬浮物含量。利用插值方法获得整个输运过程中各时刻水体中的悬浮物的含量, 计算各个时刻悬浮物含量的总和作为悬浮物的输送量。对2002年10月至2003年4月黄海向东海的悬浮输送量进行估算, 估算结果为153Mt。     

潮流和风浪对海底边界层剪切应力和悬浮物浓度影响的观测研究

潮流和风浪是浅海底边界层沉积物再悬浮和垂向输运的主要动力,对底剪切应力和悬浮物浓度有显著影响。本文基于2018年2月23日～3月2日在山东半岛东侧进行的一次原位座底连续观测,利用高频点式流速仪(ADV)和浊度计(RBR-TU)的观测结果定量研究了潮流和风浪对底剪切应力和悬浮物浓度的影响。结果表明:在弱风浪情况下,底剪切应力跟潮流流速的平方显著相关。但是在强风浪海况下(有效波高大于1 m),底剪切应力受控于风浪的影响。潮流通过平流输运作用和局地再悬浮作用影响悬浮物浓度分布,而波浪主要通过局地再悬浮影响悬浮物浓度。定量研究潮流和风浪对底边界层剪切应力和悬浮物浓度的影响有助于认识沉积动力过程,进而优化目前沉积物输运模型中的参数化方案,达到定量预测沉积物输运过程的目的。     

胶州湾夏季盐度长期输运机制分析

依据在胶州湾2009年夏季航次获得的21个站位温盐同步观测资料,在普林斯顿海洋模式的基础上建立了只考虑M2分潮的诊断斜压模式。基于模拟结果以单宽通量机制分解法,定量分析了胶州湾盐度长期输运机制,并通过设计实验讨论了漫滩、斜压以及风对盐度长期输运的影响。与以往在河口区的研究不同,胶州湾水体长期输运在盐度长期输运各分解项中占主导,潮泵与垂向切变输运作用较弱,水盐长期输运分离现象并不显著。漫滩能够较大的促进水体输运和潮泵输运作用,斜压使得垂向切变输运得到加强,促进了水盐长期输运的分离,而风削弱了垂向切变输运作用,抑制了其分离。本研究定量给出了胶州湾水体和盐度长期输运的特征。     

渤海海峡沉积物输运的参数化计算

本文以2018年冬季渤海海峡两个站位的定点连续观测数据为基础，使用一维参数化方案，计算了观测站位底边界层内的水平悬浮物输运通量以及推移质输运量。在参数化方案中，简化的一维对流扩散方程被用于计算底边界层内的垂向悬浮物浓度。为了验证参数化方案的可靠性，本文基于观测数据对比了两种底剪切应力计算模型、四种临界起动剪切应力计算方法和两种一维对流扩散方程解法。对比结果表明:(1)不同模型计算的底剪切应力结果相近；(2)临界起动剪切应力受到颗粒间黏性作用的影响；(3)一维对流扩散方程的求解过程需要考虑沉积物浓度的分层效应和不同粒级颗粒临界起动剪切应力的差异。基于上述对比结果确定的最优参数化方案，进一步计算了观测站位的沉积物输运量:(1)在有再悬浮的时段，距底5 m内的水平悬浮物通量占全水深悬浮物通量的比例(T01站约为21%，T02站约为17%)显著高于相同层位水通量的占比；(2)依据参数化方案估算的冬季平均的悬浮物通量比忽略底边界层悬浮物浓度垂向变化的传统方法结果高约16%；(3)推移质输运量比悬移质输运量约低两个数量级。     

渤海悬浮颗粒物的三维输运模式 I.模式

为了长时间,大范围研究渤海中悬浮物的输运规律,研究应用并改造了备国汉堡大学的粒子追踪悬浮物输运的三维模式,模式中考虑了风、气压等气象要素以外海传入的潮波作用下的三维正压海流对悬浮颗粒物的输运．同时考虑了悬浮颗粒物的学降及再悬浮机制和底质中的细颗粒物的运动,将风浪的作用引入了悬浮物输运的计算,数值模式应用的粒五追踪方法,能较好地反映悬浮物浓度的迅速变化。     

渤海悬浮颗粒物三维输运模式的研究 Ⅱ.模拟结果

利用本文Ⅰ给出的悬浮物输运的三维动力数值模式，在渤海中进行了两种情形下的模拟。首先模拟了黄河排出的细颗粒物在渤海中的运动，结果表明，这些颗粒物大部分将滞留在渤海内，而且其分布与气象条件有密切关系。另外对大风情况下悬浮物的输运进行了模拟，结果显示，大风到来时海水中的悬浮物浓度急剧上升，海底侵蚀增强，而风停止时，悬浮物浓度经过一段时间延迟后，会恢复到正常状态。这与实际观测的趋势是一致的，表明用本模式研究悬浮物的输运是可行的。     

珠江口磨刀门水道枯季咸潮上溯与盐度输运机理分析

以珠江河口磨刀门盐度和流速观测资料为基础,采用盐度输运分解的计算方法对磨刀门盐度输运特征进行分析,对比各分解项动力成因和对盐度输运贡献的大小,分析磨刀门水道盐度分布特征和输运特征,结果表明:(1)磨刀门水道盐度输运主要由径流为主要作用的欧拉输运、潮流剪切输运和由河口密度梯度产生的垂向环流输运为主,其中欧拉输运方向向海,潮流剪切和重力环流输运向陆,两种不同方向的盐度输运在大、小潮期相对强弱的变化,导致了咸潮上溯的增强或者减弱。小潮期间,垂向环流和潮流剪切输运大于欧拉输运,净输运方向向陆导致咸潮上溯;大潮期间,垂向环流输运显著减小,净输运方向向海导致咸潮后退。(2)洪湾水道盐度输运主要以欧拉输运为主,垂向环流输运很小,与磨刀门水道盐度输运具有显著的不同。     

夏、冬两季长江口及邻近海域悬浮物的分布特征及其沉积量

利用2001年7～8月 ,2002年1月两个航次的悬浮物浓度资料 ,并参考其它水文参数 ,简要分析长江口及邻近海域悬浮物的分布特征 :无论夏季还是冬季 ,长江入海悬浮物总是向东南方输运 ;冬季由于再悬浮作用显著 ,悬浮物浓度明显高于夏季 ,且南北分布范围也明显增大 ,垂向分布均匀。同时采用数值模拟的海流流速值和观测的悬浮物浓度值计算悬浮物的断面通量 ,并最终得计算区悬浮物夏、冬两季的沉积量 ,夏、冬季长江口及邻近海域悬浮物的沉积量分别为0.79×108t,1.44×108t。     

黑潮流区次中尺度热量输运特征 ——以2013年1月模拟结果为例

作为中尺度过程与小尺度过程中的过渡,次中尺度过程[空间尺度为O(1～10)km,时间尺度为O(1)天]是海洋动力过程中重要的一环。海洋次中尺度过程具有明显的非地转特征,从而促进垂向热量和物质的输运,因此在海洋上层热量与物质垂直交换中肩负着极为重要的作用。黑潮作为全球最强的西边界流之一,是海洋能量的重要聚集区。针对黑潮流区大尺度环流和中尺度涡旋等动力过程的研究,受到海洋和气象学者的广泛关注,但对黑潮流区次中尺度过程的相关研究相对较少。本文基于高分辨率ROMS数值模式(空间分辨率为1公里),针对黑潮流区(25.5°～29.4°N, 124.4°～131°E)次中尺度过程的空间分布特征及其诱导的热量输运特征进行了研究。模拟结果表明,黑潮流区存在着十分活跃的次中尺度过程,尤其是在黑潮流区及岛屿周边等地形变化剧烈的海区。相对涡度和垂直流速的分布特征表明,次中尺度相对涡度和垂向流速上表现出了明显的不对称性,正相对涡度强于负相对涡度,向下垂向流速强于向上垂向流速,而这主要是由惯性不稳定所导致。通过计算次中尺度引起的热量输运,结果表明次中尺度的水平热量通量为东北方向,从较低纬度朝较高纬度输运,这意味着次中尺度可以促进不同纬度的热量交换;而垂向热量通量则表现出向上输运的特征,即由深层往表层输运,这意味着次中尺度过程可以导致热量在垂直方向上的再分配,从而使得海洋趋于再分层。     

夏季珠江口溶解氧垂向输运数值模拟研究

通过建立一个珠江口三维水质模型,对夏季珠江口溶解氧垂向输运进行研究。结果表明:潮汐、风及上升流间歇性破坏层化,令溶解氧垂向对流及扩散通量的方向和大小随潮汐发生周期性变化。在西四口门海域,由于水体层化稳定,垂向上对流及扩散作用产生的溶解氧输运通量都较小,且相互平衡;在伶仃洋内的深槽,径流与潮汐的相互作用强烈,层化被间歇性地打破,溶解氧的垂向对流通量大于扩散通量,导致底层溶解氧浓度产生波动;在伶仃洋内的西部浅滩上,层化相对稳定,溶解氧的垂向扩散通量大于对流通量。这表明在珠江口不同区域,垂向的对流扩散作用对溶解氧垂向输运起不同作用,从而影响表底层溶解氧的浓度。     

基于遥感反演的山东半岛东北部海域悬浮体时空变化规律探讨

基于2003—2018年中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)卫星遥感影像资料,结合2018年春季、夏季和冬季大面站悬浮体取样分析结果,构建了表层悬浮体浓度遥感反演模型;在此基础上,分析了山东半岛东北部海域年际和月份表层悬浮体浓度时空分布规律,探讨了表层悬浮体浓度变化的主控因素和水体结构季节变化及其对悬浮体分布输运的影响。结果表明:山东半岛东北部海域表层悬浮体总体呈近岸高远岸低的分布特征,东部成山头区域悬浮体浓度较高且向海扩散较远,西部威海湾及外侧海域悬浮体浓度较低且扩散范围小于东部。研究区悬浮体浓度季节性变化显著但对应季节年度变化较小,冬季悬浮体浓度达到最大,春秋季次之,夏季最低。研究区春季、秋季和冬季表层悬浮体浓度主要受控于北向风浪和潮流,而夏季悬浮体浓度主要受潮流控制。夏季,温跃层阻碍了悬浮体垂向扩散,导致表层悬浮体浓度极低;冬季,研究区东部成山头附近水平分布的弱温跃层虽然会在一定程度上抑制悬浮体的再悬浮,但再悬浮扩散仍是造成研究区高悬浮体浓度的主要因素。山东半岛东北部存在类似"夏储冬输"的特征,海底沉积物再悬浮物质及成山头附近悬浮体的水平扩散是研究区悬浮体的主要来源。     

南黄海悬浮体浓度的平面分布特征及其输运规律

重点分析和探讨了南黄海悬浮体浓度的平面分布及其水平输运,结果显示悬浮体浓度具有显著的空间区域化分布特征,其与该海域环流场的布局和季节转换存在良好的对应关系,南黄海环流是该海域悬浮体运移的主要动力和控制因素;江苏近岸海域在一年四季均为悬浮体浓度的最高值区,其悬浮体主要来源于潮流和海浪所引起的沉积物再悬浮以及苏北沿岸水的携带和输送,而且夏季悬浮体在该海域的累积还可为冬半年在黄海西部沿岸流作用下将其输运至东南海域提供很好的物源保证;长江口东北部海域在春、夏、秋三季出现东北向扩展的高值区,体现了长江冲淡水的影响;石岛外海在冬、春、秋三季也存在悬浮体浓度高值区,并具有向南黄海中部泥质区扩展的态势,这是鲁北沿岸流将现代黄河物质输运至此的结果。发现调查海域中部表底层在春秋季均存在云团状高值区,而且该海域悬浮体浓度自春季至秋季出现"双峰现象",这与春秋季水华期间浮游植物繁殖所产生的有机碎屑有关,并使作为悬浮体组成的海洋浮游生物有机质向沉积物转移,据此进一步指出这一物源可能对南黄海冷涡泥质区的形成、发育也具有一定的作用,该观点深化了对南黄海中部冷涡泥质区受上层生物活动影响以及泥质区物源的认识。     

Role of the climatological and current variability on shelf-slope exchanges of particulate matter: Evidence from the Rhône continental margin (NW Mediterranean)

Climatological, current and particulate flux data were gathered in the Grand-Rhône canyon on the Gulf of Lions continental margin for one year (Jan. 1988–Jan 1989). Time series were analyzed to determine the influence of physical exchange processes on particulate matter at the shelf-edge, with a special emphasis on the Northern Current variability.The synoptic variability of the Northern Current was linked to meanders of 2–5 day period. Its meso-scale activity presented a seasonal signal with maximum values in early spring. Peaks of particulate fluxes in the upper traps were little affected by large river and atmospheric inputs, but rather by enhanced shelf-slope exchanges at the shelf edge due to intense cross-slope fluctuations of the Northern Current. These fluctuations caused cross-isobath flows near the bottom, which appeared to be a potential mechanism in transporting particles off the shelf. At 900 m depth, high-flux events measured by sediment traps were primarily linked to periods of higher cross-slope current oscillations. This correlation suggests that vertical motions caused by these oscillations contribute to the suspended particulate matter transport through the process of bringing higher suspended material concentrations from above to greater depths. Vertical velocity estimates were derived through temperature fluctuations combined with vertical temperature gradient and from the kinematic boundary condition. A simple diffusion model indicates that the vertical turbulent mixing of suspended particulate matter, induced by the cross-slope current oscillations, yields downward fluxes of particles comparable to those collected by sediment traps.     

伶仃洋洪季悬沙平面分布特征及成因探讨

基于伶仃洋河口2007年洪季（8月）潮流和泥沙现场观测资料,通过实测资料分析结合二维泥沙数值模型的方法,分析其悬沙浓度平面分布特征。结果表明,悬沙浓度从伶仃洋湾顶虎门至湾口沿西槽向海在纵向上呈现出先减小再增大后减小的变化趋势;横向上,西槽最大,东槽和中滩次之;内伶仃岛西北侧海域为含沙量高值中心。悬沙纵向输移机制分析表明,伶仃洋洪季输沙主要贡献项为平流向海输沙、潮汐捕集和垂向环流的向陆输沙,其中后两项在内伶仃岛附近的贡献较大。潮流、径流来沙、径潮强度对比以及地形边界作用为悬沙场平面分布差异的主要成因。     

Distribution of suspended particulate matter in the northern Bohai Bay in summer and its relation with thermocline

Field observations of suspended particulate matter (SPM) in the Bohai Bay, China have not been widely reported. The aim of this paper is to describe the horizontal and vertical distribution of mass and volume concentrations of SPM, respectively, based on observed data at 312 stations in the northern Bohai Bay during summer of 2006. A numerical model ECOMSED coupled with a sediment transport module was also established to further discuss the mechanism of the thermocline effect on the vertical distribution of SPM. The mass concentrations of SPM exhibited high inshore values and low offshore values in the horizontal distribution; while in the vertical direction, characteristics of the volume concentration of SPM can be divided into two types: one with a sharp peak at depth of 10–15 m and another without. The peak value at the depth of the thermocline was resulted from concentrated phytoplankton. A numerical experiment further displayed that the thermocline can also prevent particles from being resuspended upward.     

冬、夏季东海北部悬浮体分布及海流对悬浮体输运的阻隔作用

依据1987年6月、1996年12月、1997年2月和1998年7月在东海北部所取得的悬浮体、温度和盐度资料就该区冬季和夏季的悬浮体分布、影响因素和输运进行了研究,结果表明该区悬浮体分布具有明显的季节性变化,在中、外陆架区悬浮体含量冬季明显高于夏季.悬浮体的分布及输运受到东海环流、风暴和潮流等的影响,其中东海环流的季节性变化是主要影响因素.受台湾暖流的阻隔,冬季和夏季长江入海泥沙在东海基本不能越过124°00'E以东海域.黄海沿岸流携带着老黄河口水下三角洲的再悬浮沉积物向陆架东南扩散,其搬运的量和在中、外陆架区的扩散范围冬季显著大于夏季.在黄海暖流的阻隔下,陆架悬浮体冬季和夏季在32°N断面很少能扩散至126°30'E以东海域.台湾暖流和黑潮爬升水的阻隔作用使得冬季和夏季陆架悬浮体在P-N断面也基本不能扩散至陆架边缘.冬季在东海北部可有部分陆架悬浮体输送到冲绳海槽,但有区域性,其输送的可能位置是在P-N断面以北、32°N断面以南之黄海沿岸流向东南延伸的陆架边缘;夏季陆架悬浮体基本滞留在陆架区.     

2013年夏秋季黄、渤海悬浮颗粒物及粒径分布特征研究

悬浮颗粒物及粒径是水质重要参数,其分布特征研究有助于加深对海洋生态环境的了解。利用2013年6月和2013年11月LISST-100观测数据,研究了黄、渤海区域悬浮物粒径和浓度的分布情况,浓度分布整体上呈现近岸高远岸低的状况,粒径分布呈现近岸细远岸粗的特征,季节分布特征明显;通过典型断面分析,悬浮物粒径和浓度随着水深变化明显,连续站数据分析结果表明大风对底层颗粒物的再悬浮作用显著,潮流对悬浮物的时空分布有着重要影响;水体衰减系数随着体积浓度变化明显;此外,还研究了悬浮颗粒物粒径Junge分布在黄、渤海区域的适用性。     

The structure of suspended matter in Lake Baikal according to the data of measurements of light scattering functions

By using light scattering functions measured in Lake Baikal, we compute the characteristics of suspended matter, such as the mass concentration and the number of particles of the mineral and biological fractions, their mean radius, and the parameter of dispersion of mineral particles. The data on the vertical distributions of the characteristics of suspended matter are obtained for various regions of the lake in the summer period. We compare the characteristics of suspended matter in the zones of upwelling and downwelling of waters in Lake Baikal and in the Indian Ocean, which reveals its identical specific composition in these waters.     

粤西及琼东北海区悬浮体浓度及海水浊度特征分析

通过对粤西及海南岛东北部海区现场调查,取得了大量悬浮体浓度及海水浊度数据,分析后发现调查海区悬浮体浓度值普遍较低,绝大部分海域为清洁海域。对悬浮体浓度及海水浊度平面图及断面图分析后发现,春夏季粤西悬浮物主要来源于珠江口及琼州海峡,且两处悬浮物在电白外海存在明显的分界,琼东北海域悬浮物主要来自于海南岛及外海。近岸及底层悬浮体浓度及海水浊度具有较好的相关性,浊度能够很好地反映悬砂含量,但是不能反映生物活动及分布状况,如琼东上升流区的生物活动较剧烈,虽然其悬浮物浓度值偏高,但其浊度值并没有明显升高。