潮汐韵律层的研究进展及其天文地质意义

潮汐沉积物记录着一系列的潮汐周期。本文简要介绍了几种主要的现代潮汐周期，在此基础上回顾了最近十余年来国外对周期性潮汐沉积物，特别是潮汐韵律层的研究进展，系统介绍了几种从古代沉积物中识别出来的潮汐周期，包括基本潮汐（半日潮、全日潮和混合潮），大－小潮周期以及一些长期周波动等。最后对潮汐韵律层在推测地史时期地－月系的演化历史中的意义作了评述。     

吕宋海峡ADCP观测的450m以浅水层内潮特征分析

应用2008年4月25日至9月26日的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的锚定测流资料,研究分析吕宋海峡上层海洋的内潮特征.谱分析和能量计算均显示在观测海区全日潮和半日潮为主要的能量频带,深度积分的全日潮频带总能量为31 kJ.m,在半日潮频带和高频带深度积分的总能量分别为6.9和3.4 kJ.m.谱分析结果显示：近惯性频率峰值仅出现在斜压分量.在66 m以浅深度,显著分潮（O1,K1,M2,MK3,M4）和近惯性频率分量都基本符合线性内波理论关系式E＋（ω）/E-（ω）=（ω-f）2/（ω＋f）2;然而,在其他观测深度,并非所有的主要分潮均满足上述线性内波能量一致性关系式.分析潮流的垂直结构和时间变化,结果表明：正压潮和内潮均为混合潮,潮日不等现象明显,显示了约14天的大潮/小潮周期变化.平行与垂直于陆架方向的K1和O1分潮的分量几乎相等,而M2和S2分潮则主要以波束形式向南海北部陆架传播.内潮幅度和相位均随时间变化,M2和S2垂向结构主要表现为第1模态,而K1和O1则接近于第2模态结构;在主温跃层附近,它们的短轴与长轴之比与f/ω的比值接近.     

海洋中尺度涡与内波的地震图像

海洋反射地震通常用于调查、研究海底地质构造,勘探油气与天然气水合物资源.近期研究表明多道反射地震方法也可以对水柱的热盐细结构成像.中尺度涡与内波是重要的物理海洋现象,但是常规的物理海洋调查是在间隔若干公里的离散测站上进行的,水平分辨率较低,因此对中尺度涡的结构与内波的横向分布了解较差.本文利用在大西洋东部、南海采集的地震数据给出了低频反射地震可以对中尺度涡与内波清晰成像的新的证据.反射地震方法较传统海洋观测手段,具有明显的优势,主要体现在高的水平分辨率和短时间内对整个海水剖面进行成像方面．从地震剖面上,能够清楚地观测到中尺度涡、内波造成的反射特征变化,从而有助于改进对能量在不同尺度的海水运动之间传递过程的认识.     

南海中深层动力格局与演变机制研究进展

南海是连接印度洋-太平洋的最大边缘海,在季风、海峡水交换以及复杂地形影响下,南海环流呈现出独特的三层结构以及远强于大洋的混合特征.理论与观测表明,南海内潮、内孤立波以及强风等过程是强混合的动力来源.在南海强混合作用下,南海发育了活跃的中深层动力系统,一方面促进了南海与大洋之间的水体交换,另一方面调控上层风生环流,使得南海环流显著区别于其他热带与副热带海盆.南海活跃的中深层环流所具有的物质搬运能力又显著影响着南海的地质沉积、生物地球化学循环等过程.中国对深海研究持续投入,在南海中深层环流动力学研究方面取得了显著的成果,文章就该方面进行总结,并对南海深海环流未来研究设想进行初步探讨.     

西沙群岛西北深水海域的内潮特征分析

基于海南岛至西沙群岛之间深水海域一长达5年的锚定潜标测流资料,采用谱分析、调和分析和动力模态分解等方法主要分析了局部海域内潮的基本特征.结果表明:研究海域的正压和斜压潮均以全日振荡为主,500~900m的海洋中层全日等密度线垂向振幅可达40m;全日内潮主要沿垂直于陆坡方向传播,与天文潮锁相的全日内潮可占全日内潮总能量的41%;海洋上层,O1内潮垂向平均振幅与局地海面高度呈显著正相关关系,K1内潮则表现为夏、冬季增强的半年循环特征;超过70%的O1分潮能量集中于第一、二斜压模态上,K1分潮在第三斜压模态上亦有相当能量.     

北部湾夏季环流结构及生成机制

近50年来,由于观测数据的局限和数值模型多为诊断计算,北部湾夏季环流结构与生成机制存在较多争议.为此,本文在南海西北部构建了三维后报模型,充分考虑了日平均的风场、热通量和侧边界强迫,以及考虑沿岸八大河流和潮汐的作用,并把东边界远离琼州海峡.本文的模式结果不仅与我国近海海洋综合调查与评价专项的同步观测数据吻合较好,而且与历史观测数据做到了相互验证,从而揭示了北部湾夏季环流结构:南部为反气旋式涡旋控制,北部环流呈气旋式弯曲.虽然北部湾夏季环流的主结构较为稳定,但环流强度及控制范围具有一定的年际和月周期振荡特征.垂向上,表层环流与温跃层以下的环流结构有所差别.通过3个敏感性实验,发现夏季北部湾南部环流主要受南海环流控制,而北部受季风控制.通过位涡收支分析,进一步发现北部湾北部的气旋式环流为正的风应力旋度驱动.另外,湾西岸的河流注入使得红河口外的垂向环流分布呈现两层结构.总的来讲,夏季环流结构和生成机制的揭示有助于海洋地球化学和海洋渔业等学科在北部湾的进一步研究.     

南海北部陆架陆坡流系研究进展

受季节性反转的季风强迫、海峡水交换、地形等影响,南海北部陆架陆坡流系呈现复杂多变的形式.南海北部陆坡流、南海暖流、沿岸流及其与之相关的上升流(夏季)和下降流(冬季)系统等构成了南海北部典型的流系.本文回顾了自20世纪90年代以来南海北部陆架陆坡流系的研究进展,总结了黑潮入侵南海、季风、地形、冲淡水浮力热力效应等因素在南海北部陆架陆坡流系中的作用.指出南海北部内区海盆与陆架陆坡流的动力联系、南海暖流是否稳定存在、冬季下降流时空特征及其物质能量输运等方面还需要进一步加强研究.     

南海海面高度和输运流函数: 全球 变网格模式结果

为了研究南海环流结构和变异及其与外部水域的关系, 我们建立了一个嵌套于全球大洋环流模式中的高分辨率中国近海环流数值模式. 给出模拟所得南海月平均以及年平均的海面高度和流函数分布, 与TOPEX/POSEIDON资料比较表明, 所得海面高度距平与观测十分一致. 基于这些结果, 讨论了南海的环流结构, 尤其是上层环流结构. 结果表明: 对于表层海水来说, 黑潮在冬、春和秋季均通过吕宋海峡入侵南海, 夏季则表层没有入侵. 但对于整个海水而言, 全年均有海水从太平洋通过吕宋海峡进入南海. 这一差异表明, 在夏季, 太平洋的海水是在次表层和中层入侵南海的.南海北部陆坡附近全年受气旋式环流控制. 夏季的南海南部反气旋流圈、越南东南离岸流和冬季的南海南部气旋流圈都得到了很好的再现. 南海海面高度和海面高度距平之间的差异明显. 表明, 在利用卫星高度计资料研究南海的上层环流时, 长期平均海面高度的空间分布有重要意义.     

中尺度涡影响下目的层地震成像的畸变与影响因素分析

将PE方法与地震数值模拟方法相结合研究了中尺度涡影响下目标地层成像的畸变.模拟了不同声源频率、不同水深条件下的地震波场.计算结果发现,中尺度涡的存在使得真实地形结构无法在地震成像中反映,而且地震成像畸变随着海水深度、震源频率的增加而增大.机理分析表明,中尺度涡所带来的水体温度梯度变化是产生地震成像畸变的主要因素.为了便于工程应用,本文还推导了有效涡强度、温度差与地形畸变率的关系式.本文的研究结果将对提高深海地震成像精度有一定的指导意义.     

中国南海北部陆架区更新世晚期沉积物年代学及古环境研究 ——以DG钻孔为例

大陆架作为海陆相互作用的关键地区,对于研究大陆的构造演化、海陆变迁、海平面升降以及气候变化具有重要意义.然而由于不同研究方法的局限性,目前对大陆架沉积物年代学及其蕴含地质信息的认识仍然不足.南海是西太平洋最大的边缘海,是全球海洋沉积作用最为活跃的地区之一,也是海陆相互作用最为典型的区域.作为东亚大陆物质的主要沉积区,南海已经受到了学术界越来越多的关注.然而,目前的研究工作主要集中于沉积连续、信号记录稳定但沉积速率较慢、总体分辨率较低的深海区沉积物.相对而言,沉积速率较快、分辨率较高的浅海大陆架沉积为高分辨率年代学和古环境的研究提供了重要的地质材料,但由于大陆架沉积环境动荡导致沉积信号记录不稳定甚至缺失.针对南海大陆架沉积,尤其是对钻孔沉积物高分辨率年代学研究仍相对较少,限制了对南海构造与气候演化过程的认识.为了更好地限定南海北部陆架区更新世晚期沉积物的年代,研究其中蕴含的古环境信息,探讨东亚地区气候变化的驱动机制问题,同时为南海海域活动构造研究提供年代学框架,文中以南海北部DG钻孔为研究对象,在微体古生物化石和碳同位素年龄(14C)数据的基础上,利用大陆架沉积物磁化率与深海氧同位素的对比对其沉积物年代学进行了系统研究.基于此,结合色度和孢粉结果,对其古气候意义进行了初步探讨.结果表明,该钻孔沉积物的磁化率可对应于深海氧同位素的阶段1—阶段9(MIS 1—MIS 9),底部年龄约为300ka,磁化率低值区间对应于冰期,高值区间对应于间冰期.这与该钻孔沉积物中的孢粉和色度所记录的古环境信息相吻合.冰期时气候较为寒冷,水体变浅,沉积物搬运距离相对增大,矿物以氧化作用为主,主要形成弱磁性的磁性矿物(如赤铁矿),导致磁化率较低;间冰期时,气候相对暖湿,水体变深,沉积物搬运距离相对缩短,矿物以还原作用为主,主要形成强磁性的磁性矿物(如磁铁矿等),导致沉积物的磁化率显著增强.因此,南海大陆架北部更新世晚期沉积物的磁化率变化可以反映东亚地区更新世晚期以来冰期—间冰期气候旋回.磁化率与深海氧同位素的对比作为一种晚第四纪松散沉积物的相对定年方法,在南海北部陆架区更新世晚期沉积物定年方面是适用且可靠的,可为海洋大陆架沉积物定年和对比研究提供新的参考.