东海夏季跃层深度计算方法的比较

基于31°N和PN断面高分辨率的温度、盐度和密度(CTD)资料,分别选取1992,1998和2001年东海夏季长江径流量偏小、偏大和正常的3个年份,运用4种跃层计算方法计算了2个断面的温跃层和密度跃层上界的深度。计算结果与实际跃层上界深度比较发现,在3种不同条件下,采用垂向梯度法计算的东海夏季跃层上界深度,无论在浅海海区还是深海海区均较为理想。长江径流量偏小和正常的年份,在东海的浅海海区(水深<200m)运用S-T法计算的跃层上界深度与垂向梯度法的结果比较一致,都与实际跃层深度符合较好。在具有高分辨率资料的情况下,垂向梯度法是4种方法中计算东海夏季跃层上界深度的最佳方法。在缺乏高分辨率资料且长江径流量不大时,夏季东海浅海海区也可以运用S-T法计算温跃层和密度跃层上界深度。     

一种基于相对梯度法的海水温度分层模型

提出了一种以海表面温度为输入参数的海水温度分层模型。以2005—2012年的Argo气候态数据集与Argo浮标数据为基础,采用相对梯度法对海水温度垂向结构进行了分层,并据此获取了各层拟合方程所需的参数,包括:混合层深度、混合层梯度、温跃层上界深度、温跃层下界深度、深层大洋起始深度以及方程拟合系数。本文通过世界大洋数据库09版的CTD、XBT实测剖面数据对模型进行了检验。检验结果表明,该模型可以有效地对海水温度结构进行模拟,特别是400m以上的中上层大洋。模拟结果的总体均方根差(RMSE)为0.778℃,而在水深400m以上的中上层区域误差为0.494℃。     

不同混合层深度算法的全球适用性对比分析

混合层深度是研究海洋上层动力过程及海气相互作用的一个至关重要的物理量,准确估算混合层深度对上层海洋动力学和热力学的深入研究具有重要的科学意义。本文基于Argo实时观测剖面数据,分海域、分季节对比分析了目前常用的几种混合层深度算法的异同与优缺点。结果表明,理论上最大角度法的精确度最高,曲率法其次,然后是阈值法和最优线性拟合法。最大角度法和曲率法的结果比较接近,实测数据表明曲率法的时空适用性更广。阈值法、最优线性拟合法分别受梯度阈值和密度（或温度）梯度变化的制约,其计算的混合层深度相对较浅。各种算法的差异性随着季节跃层的增强而逐渐减小,且北半球的差异小于南半球。     

船载CTD仪与自动剖面浮标观测资料质量初探

海洋科学的发展离不开精确的数据,然而各种海洋观测仪器在复杂的海洋环境中作业难免产生测量误差,导致观测数据需要进行实时(或延时)质量控制。中国Argo计划在搭载多个航次布放剖面浮标的同时,对航次中获取的船载CTD(conductivity, temperature, and depth)仪观测资料、自动剖面浮标观测资料以及实验室高精度盐度计测量数据进行了实时比对。分析结果显示,利用实验室高精度盐度计对现场观测数据尤其是船载CTD仪观测资料进行质量控制,于温盐数据(特别是深层)的实时/延时校正非常重要;如某航次未经标定的船载CTD仪所测1000dbar以深范围内海水盐度,与实验室高精度盐度计的差值达到±0.1左右,远远落后于国内海洋调查规范对盐度准确度±0.02的一级测量要求,该具体实例更加突显了船载CTD仪在航次前后送往权威部门进行检测的必要性和重要性,从而确保每个航次获取的CTD资料的质量。建议有条件的情况下,在进行深海大洋船载CTD仪观测时要进行现场实验室高精度盐度计的质量控制工作及比对试验,以提高我国深海大洋观测数据的质量。     

垂直梯度法与最优分割法确定温跃层边界的比较分析

垂直梯度法是跃层示性特征计算中普遍使用的方法,但在某些情况下并不能很好地描述海洋要素的跃变特征.针对垂直梯度法的不足,引入水团分析中的最优分割法,对典型剖面,以及边界型、逆变型、多层型等几类特殊剖面的跃层边界分别进行了计算,并对垂直梯度法与垂直梯度法的计算结果进行了比较分析,结果表明最优分割法确定的跃层边界更为合理.通过对两种方法确定的中国近海温跃层的整体分布进行比较分析,证明了最优分割法能够弥补垂直梯度法在计算深海与浅海过渡区中的跃层时遇到的标准不匹配问题,较好地保持跃层的连续性.     

COPEX和HM2000与APEX型剖面浮标比测试验及资料质量评价

利用船载CTD仪、国外剖面浮标(APEX)和实验室盐度计等标准仪器设备,在西北太平洋海域对2种型号国产剖面浮标(COPEX和HM2000)进行了现场比测试验,并对观测资料质量进行了定性和定量分析与评价.结果表明:(1) COPEX和HM2000型剖面浮标观测的盐度资料均能达到国际Argo计划提出的±0.01的精度要求;(2)HM2000的最小观测深度离海面1 m以内,最大观测深度基本稳定在2 000 m左右,并能保持在1000 m深度附近漂移,而COPEX的最小观测深度在8～9 m之间,最大观测深度则在1 800～1 900 m之间波动,且漂移深度都在600～800 m之间;(3)COPEX和HM2000都获得了70条以上有效观测剖面.总体而言,两种国产剖面浮标观测的温、盐度资料都是可信、可靠的.但试验中暴露的一些问题和不足仍有待不断改进和完善.     

影响北极冰下海洋Ekman漂流垂直结构与深度因素的研究

Ekman漂流是上层海洋普遍存在的一种运动形式。本文提出了用实测温盐数据计算冰下Ekman流速的计算方法,与2010年北极考察期间同步获取的海流剖面数据进行比较,获得了满意的结果。基于这个结果,可以通过比较容易获得的温盐数据,计算Ekman漂流垂直结构。海水层化的存在导致在跃层处湍流黏性系数减小,强烈抑制了流速的向下传播,致使Ekman漂流在跃层处完全消失。结果表明,冬季上层海洋漂流会发生在较大的深度上,而夏季海冰拖曳引起的漂流只能达到20～30m的深度。Ekman漂流的深度只与跃层的深度有关,与海冰的漂移速度无关。漂流层变浅意味着海冰拖曳做功产生的能量不能进入海洋深处,而是在很浅的表层水体内积聚,有利于加剧海冰的底部融化。计算湍流黏性系数通常需要密度剖面和流速剖面的观测结果,在只有密度剖面的情况下,可以采用本文的方法计算Ekman漂流,获得上层海洋的湍流黏性系数剖面。     

基于10 米浮标载体的锚链式剖面观测系统实践之一——自容式采集方式

为了对我国近海海域进行剖面观测,获取到多层位水体的多要素观测数据,尝试依托中国近海海洋观测研究网络东海站10 m浮标系统的锚系,采用在锚系上挂载自容式组合传感器方式,获取到8个观测周期共412 d的有效剖面观测数据,观测层位分布于10,20,30 m 3个水层;通过结合浮标获取的表层温度数据与3个水层的对比分析表明,锚链式剖面观测方案在实用性和可推广性方面具有显著优势,是基于海面浮标载体进行剖面观测的有益尝试,可在我国构建的海洋浮标观测网络上进行广泛应用,将为我国近海海洋科学研究提供弥足珍贵的水面-水体全序列系统观测数据资料,从而为近海海洋科学研究取得突破性进展提供重要的数据支撑。     

南海Argo区域海洋观测网设计与构建

国际 Argo 计划由“核心 Argo”向“全球 Argo”的拓展和国产北斗剖面浮标的成功研制,为西北太平洋重要边缘海———南海 Argo 区域海洋观测网的建立提供了契机。 介绍了南海 Argo 区域海洋观测网的总体设计,以及利用相关调查航次在南海布放了首批北斗剖面浮标,初步建立了由我国主导建设的“南海 Argo 区域海洋观测网”。 此外,利用调查航次获得的船载 CTD 和实验室盐度计分析结果以及周边海域历史资料验证了国产北斗剖面浮标观测数据的可靠性。     

海洋温跃层特征值的分析与计算

海洋跃层的分析计算是海洋要素值随深度变化的衍生计算,本文基于实际业务化建设经验,不同于以往大量单站温盐观测资料的跃层特征值提取完全由人工分析判断的工作方法,而是将不等距微分法、垂直梯度法和七点二次平滑等算法融合应用到跃层分析工作中,辅以人机交互模式,实现海洋温跃层特征值信息的快速分析计算和产品制作,可大幅缩减人为工作量...     

基于Argo浮标的热带印度洋混合层深度季节变化研究

根据2004-2005年热带印度洋(30°S以北)的Argo浮标(自持式海洋剖面观测浮标)温度-盐度剖面观测资料,采用位势密度判据(Δσθ=0.03 kg/m3),针对每个Argo浮标的温度-盐度观测剖面确定了海洋混合层的深度,然后采用Krig插值方法构建了3°×3°空间分辨率的月平均网格化混合层深度产品。通过与已有气候平均混合层深度资料的比较表明了该产品的合理性,在此基础上进一步对热带印度洋海盆尺度的混合层深度空间特征和季节变化规律进行了讨论。研究结果表明,Argo浮标资料可用于热带印度洋混合层变化的研究,为进一步研究热带印度洋海-气相互作用提供了基础资料。     

我国Argo浮标的设计与研究

自沉浮式剖面探测浮标是一种海洋观测平台,首先应用在国际Argo计划,故又称之为Argo浮标,专用于海洋次表层温、盐、深剖面测量。仪器布放后自行在大海中工作2a以上,直至电源耗尽;2004年11月8日实验的Argo浮标潜入深度已达到1900m,历时两年的浮标研究工作,在下潜深度、上浮水面、剖面测量、数据处理、卫星传递数据等功能上已经达到国际Argo组织的要求。文章详细阐述了剖面浮标的设计与研制内容和各种试验项目及所得数据,不仅为浮标设计提供科学的实测数据,还为今后该仪器产品化进程提供大量可靠依据和检测方法。     

海洋垂直剖面水温实时监测浮标系统研制与应用

为了实时、连续地监测獐子岛海洋牧场养殖区域不同深度的温度状况,为海洋牧场构建和运行提供数据支持,项目组自行研制了海洋垂直剖面水温实时监测浮标系统,可以在水深≤50 m、风速≤60m/s、波高≤15 m的环境下应用。该浮标系统主要包括水面浮标载体子系统和剖面链观测子系统两部分,浮标载体子系统提供了安全可靠的工作平台;而剖面链子系统上的不同位置挂有多个水下传感器,用于测量相应位置的海水温度。耐压试验、温度标定、室内拷机、现场比测、海上拷机的检定数据表明该系统无渗漏、误差小、数据接收率100%。海上运行18个月的结果同样表明,浮标系统运行稳定,数据采集和接收率高,浮标电压稳定。实践表明该浮标系统具有测温精度高、结构简单、使用方便的优点,具有广泛的应用前景。     

热带西太平洋海域温跃层判别方法比较

利用Argo浮标剖面原始观测资料,分别采用垂直梯度法、S-T方法和拟阶梯函数法研究热带西太平洋127°～128°E,10°～16°N海域内温跃层特征量,得出以下结论:该片海域垂直梯度法采用0.03℃/m这一限值标准更加合适;通常情况下S-T方法计算得出的上界深度较垂直梯度法浅,且只能计算温跃层上界深度,为简化计算,在太阳辐射较弱季节可以采用S-T方法替代垂直梯度法;拟阶梯函数法可直观确定上层温跃层范围及下层温跃层的上界,但计算温跃层下界深度时产生的误差较大;研究热带西太平洋海域温跃层时,采用垂直梯度法最为合适。     

海洋声速剖面的自动聚类研究

以海区30'网格方区多年月平均统计的声速剖面作为原始数据集,提取声速剖面的表层、主跃层和深海等温层分层结构特征,把我国近海及其邻近海域预分为Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类区。对Ⅱ,Ⅲ类区声速剖面,应用有序样本聚类算法分别进行表层分离。根据各类区的表层声速剖面数据,通过归一化处理和Akima差值采样得到梯度剖面,建立起按月归一化后的声速剖面分层梯度样本集,并应用系统聚类法和SOFM神经网络方法分别进行聚类分析,再根据分类结果并结合各类型海区的声学特点,得到各类型海区声速剖面的典型类型。通过对大量历史数据的分析结果表明,该方法为自动分类海洋声速剖面提供了一条有效路径,弥补了长期以来海洋声速剖面主要依靠人工分类的不足。     

第二岛链以东附近海域冬季水文要素特征分析

利用西太平洋冬季海洋综合调查获取的数据资料,分析了第二岛链以东附近海域冬季温度、盐度、声速和密度的分布特征和变化规律。使用Ocean Data View海洋数据软件对资料进行网格化处理,同时采用Wilson方法和垂直梯度法计算声速和声速梯度。分析数据结果表明:第二岛链以东附近海域冬季温度随深度增加而减小,且750 m以浅变化幅度较大;而盐度和声速的垂直结构特征均表现为从表层向下先减小后增大,但各自存在不同的临界深度。海区存在温度和声速双跃层结构,上跃层强度大,厚度小;下跃层强度较小,厚度较大。     

温盐深测量平台发展现状与趋势

温度、盐度和压力是海洋重要的基本物理特性参数。温盐深测量仪(Conductivity Temperature Depth,CTD)是海水温盐剖面观测的关键仪器,在海洋经济开发、海洋观测、海洋国防建设方面有着极为重要的意义。本文介绍了几种典型的温盐深测量设备及移动观测平台,重点论述了CTD在Argo浮标、水下滑翔机等海洋移动观测平台上的应用现状,分析了水下滑翔机搭载的CTD在热滞效应、湍流等因素影响下产生的测量误差。最后探讨了以水下滑翔机为代表的海洋移动观测平台搭载CTD测量技术的发展趋势及应用前景。     

潮汐作用下渤海温跃层波动与起伏的数值研究

研究了潮汐(四大分潮 M₂,S₂,K₁,O₁同时输入)作用下渤海温跃层起伏与波动的三维数值模型(将海洋分为3层,即上混和层、跃层和下混和层),揭示了整个海区温跃层上界面处跃层起伏(在文中指每个时刻跃层波高的周期平均值)的地理分布及叠加在起伏之上的潮周期波动的时空变化,模拟出跃层波动与实测基本一致.结果发现大振幅的跃层波动均发生在海峡及近海地形突变之处.一般界面波动的波高大于甚至远远大于同一位置的表层潮波.从位相以及周期来看,潮波和跃层上下界面波动相互之间,有些海域一致,有些地方则相差甚远.跃层上界深度及厚度的梯度,对跃层起伏分布有一定的影响.跃层起伏还可能与海岸海底摩擦有关.     

“浮星”自持式剖面浮标研究现状及进展

自持式剖面浮标在水中自由沉浮,具有隐秘性好、易投弃、体积小、重量轻、移动速度慢和制造成本低的特点,可用于长期、连续海洋观测及水下安全监视。文中介绍了全球Argo海洋观测网,综述了自持式剖面浮标发展历程及国内外研究现状。针对国产自持式剖面浮标不能满足现代海洋观测的需求,设计了2 000 m以下水深工作的"浮星"自持式剖面浮标,填补了国内空白。"浮星"采用可变体积式浮力调节装置、硼硅玻璃球体作为耐压壳体,可搭载CTD、溶解氧等多种传感器,具有定深悬停、卫星定位和双向通讯等功能。目前,工程样机顺利通过实验室测试、南海海试、西太平洋可靠性测试,实现了4 000 m水深下潜,验证了承压密封、浮力调节、通信控制等多项功能指标及整体可靠性、稳定性,为逐步实现全水深工作奠定基础。     

南海温跃层深度计算方法的比较

基于1986-2008年的中国近海及邻近海域再分析产品(CORA)气候平均海温资料,分别运用S-T法、垂向梯度法和最大曲率点3种温跃层定义计算了南海温跃层上界深度,揭示了南海温跃层季节变化特征。对3种不同定义确定的温跃层上界深度进行比较发现:采用不同定义计算南海温跃层上界深度存在差异,S-T法确定的温跃层上界深度最浅,垂向梯度法其次,最大曲率点法最深;在深水区(水深200 m)运用S-T法计算的温跃层上界深度与垂向梯度法的结果比较一致,都与实际温跃层深度符合较好;在浅水区(水深200 m),垂向梯度法和最大曲率点法可以准确判定无跃区,但对于温跃层深度计算,3种定义误差均较大。