南海大尺度地转环流的季节特征

使用Ｓ．Ｌｅｖｉｔｕｓ的温度、盐度的气候资料，用诊断分析方法获得南海平均和各季的海面起伏以及大尺度地转环流的统计结果，并比较了其季节变化。结果表明：南海冬、夏季的地转环流场有相反的流动趋势；但在东北部常年存在气旋式环流，在戎驱动下巴士海峡西侧存在准定常的Ｎ向流；南海还存在明显的随季节变化的强流区。     

基于卫星漂流浮标的南海表层海流观测分析

基于1989~2013年的卫星跟踪漂流浮标资料和1993~2012年的卫星高度计资料,分析了南海表层流场,给出南海各季节多年平均的实际流场和地转流场结构,对南海实际流和地转流的季节变化特征进行了初步探讨,并比较了南海各季节表层实际流场和地转流场的异同。结果表明,南海海域各季节上层环流结构与海域季风关系密切,实际流场和地转流场总体均呈现显著的季节变化特征。通过比较发现,在夏、秋、冬这3个季节,实际流场和地转流场大的环流形势特征基本相同,中小尺度的环流特征有所差别;在春季,两者则呈现出相反的环流特征,环流特征差异明显。     

南海次表层和中层水团年平均和季节变化特征

为了弄清北太平洋水入侵南海的状况,利用历史观测温-盐数据等资料对其进行了分析。结果表明:在盐度极大值层北太平洋水通过吕宋海峡的入侵整年发生,并且其入侵有很大的季节变化,冬季东北季风盛行时最强。北太平洋热带水(NPTW)入侵的季节变化与次表层地转流和南海的经向翻转环流结构有密切联系。具有盐度极小值特性的北太平洋中层水(NPIW)也通过吕宋海峡入侵南海,但其季节变化与NPTW完全反位相。冬季,由于在中层水深度北向运动的南海经向翻转环流的阻碍作用,NPIW入侵南海最弱。作者认为,北太平洋水入侵南海的机制可以基本上从南海的地转流及经向翻转环流得到解释。     

1998年南海夏季风环流与动能 收支的多尺度特征

利用1998年NCEP/NCAR日平均资料研究南海夏季风环流及动能收支的多尺度变化。 结果表明1998年南海夏季风环流在对流层高层以季节变化为主，在低空以季节内变化为主；但在整个对流层，动能收支各项的变化均表现为短周期变化过程较强，而季节变化则较弱。在夏季风爆发前后，动能收支主要取决于120d和30～60d变化，爆发阶段突出了准两周与天气尺度变化的重要作用。     

南海上层环流季节变化的诊断计算

通过一个全球的二维诊断模型,采用Levitus温盐资料和COADS风应力资料,并结合动力计算来研究南海上层环流的季节变化。计算结果与其它模式结果和观测结果非常相似。南海北部(南部)全年存在一气旋式(反气旋式)环流。在冬季气旋式环流几乎占据了整个南海,夏季则以反气旋式环流为主。泰国湾的环流在冬季(夏季)是气旋式的(反气旋的)。南海的西边界流有明显的季节变化,其在冬季从卡里马塔海峡流出南海,夏季部分西边界流从台湾海峡流出南海。越南离岸流在春季就开始出现,其位置比夏季的越南离岸流的位置偏北。     

用TOPEX/Poseidon资料研究南海潮汐和海面高度季节变化

采用引入差比关系法对南海TOPEX/Poseidon卫星高度计算资料进行了潮汐分析；根据所得潮汐调和常数对卫星高度计测得的海面高度进行潮汐订证，进而得到南海各季节的海面高度距平。结果表明，南海冬、夏季季风强盛期海面高度距平位相相反，南海中部夏季为正距平，且有2个正距平中心；冬季为负距平，且有2个负距平中心。春、秋季是不同的季风过渡期，海面高度距平分布也明显不同：南海中部春季为正距平，且只有1个正距平中心；秋季为负距平，且只有1个负距平中心。研究表明，长周期分潮Sa和Saa的叠加值可以很好地逼近南海海面高度距平。根据平均海面和海面高度距平得到了合成的海面高度和地转流场，发现南海表层地转流总体上是气旋式的；秋、冬季表层环流的西向强化十分明显，春、夏季较弱；冬季黑潮通过吕宋海峡进入南海北部，夏季基本上没有进入南海。     

北部湾北部春季环流分析

通过南海北部湾北部海域的温、盐及重力势资料分析，地转流场表明，该海域在春季存在一个反时针的密度环流。认为该环流的形成机制，主要是热力作用的结果，各海域受热升温速度不一。而残存着冬季的冷水所致。环流强度较弱，存在时间短，春生夏消。     

南海大尺度动力场年循环和年际变化

应用COADS风应力、Levitus温度资料，描述南海上层海洋动力场的年循环及其与热力场之间的关系和南海大尺度动力场的年际变化。针对冬、夏2个季节，分析Sverdrup环流场与上层海温之间的关系。研究发现，上层海温变化与上层海洋环流基本结构非常相似，即上层海温变化在一定程度上反映了南海Sverdrup平衡，而且随着浓度的增加，平均海温场与流函数场之间的对应关系更好。本文还着重分析了El Nino期间和La Nina期间的南海异常流函数场。研究发现，异常流函数场在El Nino期间的夏季主要是强化南海自身的环流结构，即强化南部反气旋式涡流（gvre)和强化北部气旋式涡流；冬季则削弱整个南海的气旋式流场。LaNina期间对夏季环流态的影响主要集中在南海北部，即削弱北部气旋式涡流，而对于南海南部的影响甚微；冬季则强化整个南海的气旋式流场。     

全球变暖背景下南海动力海平面变化

由于分辨率不足等原因,当前大部分全球耦合气候模式对南海等海洋区域的模拟能力仍然较低。本文基于超高分辨率（Ultra high-resolution） CESM-UHR耦合模式（大气和海洋水平分辨率分别达到约25 km和约10 km）研究了南海动力海平面对全球变暖的响应。研究发现：（1） CESM-UHR能够较好地模拟出南海冬、夏季节性动力海面高度和表层环流变化;（2）在四倍二氧化碳试验下,冬季南海动力海平面变化呈现出中部低、近岸高的分布特征;夏季则呈现出西北部低、东南部高的分布特征,分别对应冬、夏表层地转流增强趋势;（3）冬、夏动力海平面变化特征与风应力旋度变化具有很好的对应关系;（4）全球变暖下南海海平面变化存在季节循环放大效应,这将增大南海极端水位灾害风险。     

热带海区温跃层深度空间变化——对波致环流的影响

在温跃层深度存在空间变化的条件下，建立约化重力热带海洋波致环流动力学模型。根据模型，热带海洋波致环流可看作是“广义地转运动”；波致子午向水体输运方程具有和Ｓｖｅｒｄｒｕｐ输运方程相似的形式；特别是波致环流对赤道准定常流系的“正负”贡献受制于温跃层深度的空间变化特征     

GEOSAT卫星遥感资料研究南海海面动力高度场和地转流场

利用GEOSAT卫星在1987年和1988年执行ERM任务的雷达高度计资料来分析获取南海海面动力高度偏差的季节分布.根据卫星轨道误差和海域的特点,提出了适用于内海及边缘海域的二维共线轨道校正法,由此方法而得出的南海海面动力高度偏差的季节分布表明,南海表层流场在夏季总的环流形势是反气旋式环流,而冬季是气旋式环流.分析的结果同海上常规调查资料的分析结果相比较表明,在海流季节变化信号较强的海区(如南海中部和北部海区),利用高度计资料能很好地反映该海区的海流季节变化特征.     

卫星跟踪浮标和卫星遥感海面高度中的南海涡旋结构

选择4个南海卫星跟踪Argos漂流浮标及同期的TOPEX／Poseidon卫星遥感海面高度资料，研究了南海海域涡旋的活动及空间结构。这4个Argos漂流浮标的轨迹除了基本符合各季节海盆尺度环流趋势外，分别在菲律 宾以西、越南外海、南海中部等海域呈现出中尺度旋转轨迹。这些尺度涡旋现象在同期的TOPEX卫星遥感海面高度异常（SSHA）分布中得到了准确印证，并在诊断得到的地转流场中对应了一系列瞬变的中尺度涡旋运动。     

海表地转流差商计算试验分析

基于卫星高度计海面异常高度资料反演的海表地转流场在海洋学研究中应用广泛。针对Arbic等(2012)提出的海表地转流差商计算改进算法,以南海为试验海区,通过涡动能和中尺度涡自动识别计算试验对差商改进方法进行有效性检验。结果表明,七点中差法计算的海表地转流场比其他常用差商方法更利于中尺度涡旋外边界确定,得出的涡动能分布规律和数值大小也更符合实际。     

南海 18°N 断面 上的体积和热盐输运

以2005—2008年4年中南海北部开放航次所获得的水文观测资料为基础,结合卫星高度计遥感资料,采用动力计算方法计算南海18°N断面的经向地转流,并与声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers,ADCP)走航观测资料进行对比,进而计算出通过南海18°N断面1000m以浅的各站位以及断面上总的经向地转体积、热、盐输运量。结果表明,2005—2008年南海北部开放航次期间18°N断面上的经向地转流呈相间带状分布,各站位经向地转流流速垂向分布和ADCP观测的大体一致。从卫星高度计获得的海面高度场可知,经向地转流流向的空间变化与海洋中尺度涡旋的活动密切相关。2005—2007年航次期间南海18°N断面上1000m以浅总的经向地转体积、热、盐输运均为南向输运,其3年的平均输运量分别为11.8Sv(1Sv=106m3.s 1)、0.38PW、418.8Gg.s 1;其年际间差别较大,经向地转体积、热、盐输运量均为2005年最大,2006年次之,2007年最小。2008年110°—117°E之间1000m以浅总的海水地转体积、热、盐输运量分别为7.3Sv、0.22PW、259.4Gg.s 1。     

黑潮水入侵南海的水文分析──Ⅱ.1994年8—9月期间的观测结果

利用1994年8－9月期间，由台湾海峡两岸的4艘海洋调查船在南海东北部海域所获之CTD和ADCP资料，并结合1992年3月间在同一海域获取的CTD资料及部分历史水文资料，对该区域的海水特性以及黑潮水入侵南海等问题进行了分析探讨。结果表明：调查期间，本海区水团分布与冬末、春初（1992年3月）航次基本相似，即南海和西北太平洋海域的海水结构有着各自相对独立的温、盐度特性。虽发现有黑潮水穿越巴上海峡进入南海，但其势力甚弱。因此，在夏末秋初，黑潮亦无直接的分支深入南海，即使在巴士海峡北端进入台湾海峡的黑潮水，其影响也是十分微弱的。由等密度面、地转流分析和实测ADCP资料显示，在调查海区的东南海域存在一支较强的N向流动。它沿菲律宾西海岸北上，绕过吕宋岛西北角流向东北，在巴上海峡呈现与黑潮水混合的迹象，其水体在冬季明显呈高温、低盐的特性；夏季则为相对低温、低盐。故在冬季的几幅卫星图像上也有较好的体现，很有可能长年存在。     

Eddy Shedding from the Kuroshio Bend at Luzon Strait

TOPEX/POSEDIENT-ERS satellite altimeter data along with the mean state from the Parallel Ocean Climate Model result have been used to investigate the variation of Kuroshio intrusion and eddy shedding at Luzon Strait during 1992–2001. The Kuroshio penetrates into the South China Sea and forms a bend. The Kuroshio bend varies with time, periodically shedding anticyclonic eddies. Criteria of eddy shedding are identified: 1) When the shedding event occurs, there are usually two centers of high Sea Surface Height (SSH) together with negative geostrophic vorticity in the Kuroshio Bend (KB) area. 2) Between the two centers of high SSH there usually exists positive geostrophic vorticity. These criteria have been used to determine the eddy shedding times and locations. The most frequent eddy shedding intervals are 70, 80 and 90 days. In both the winter and summer monsoon period, the most frequent locations are 119.5°E and 120°E, which means that the seasonal variation of eddy shedding location is unclear.     

南海中尺度涡的形转、内转及平移运动研究

中尺度涡旋的运动整体可分为两部分：平移及转动。平移指涡旋在整个生命周期内的水平移动，而转动除了包括内转 （海表地转流引起的涡旋自身水体转动） 外，还包括形转 （涡旋实际边界最佳拟合椭圆的转动）。本文基于 1993—2018 年共计 26 年间的卫星高度计涡旋识别与追踪数据，首次对南海中尺度涡旋的完整运动形式，即形转、内转、平移展开了系统的研究。其中，对内转及平移的分析，可通过涡旋的识别追踪数据集直接进行；为研究涡旋形转，提出了一种基于涡旋识别追踪数据自动提取涡旋形转信息的算法，以此得到涡旋形转方向、每天形转的角度以及形转圈数等信息，获得涡旋形转数据集。通过对涡旋识别追踪数据以及形转数据集的统计分析发现：南海涡旋的平移方向多为西向，且其速率呈偏态分布，主要以南海南部偏高。同样，涡旋的内转速率也呈偏态分布，高速率内转的涡旋主要分布在吕宋海峡附近。涡旋的形转主要以南海南部速率偏高，且与涡旋的寿命及长轴有一定的关系，倾向于随着涡旋寿命的增长、涡旋长轴的增大而变慢。同时南海涡旋的这三种不同运动形式之间也存在一定的相关性。     

利用Argo浮标资料分析横跨吕宋海峡20.5°N断面的水文特征

基于Argo浮标资料,分析了一条横跨南海北部、吕宋海峡和西太平洋（20.5°N,114°~130°E）断面的海水温度、盐度的分布特征.其结果表明：Argo剖面资料得到的2008年秋季20.5°N断面海水的温度、盐度分布态势与气候态秋季的分布基本一致,主要差异在于南海次表层水的盐度极大值和西太平洋次表层水的盐度极大值,2008年秋季二者均比气候态秋季的低0.1左右.通过动力计算（选取1 200 m为速度零面）表明：Argo浮标剖面资料与融合的卫星高度计产品得到的20.5°N,117.5°~124.5°E断面的表层地转流北分量的分布比较吻合;吕宋海峡中部（20°~21°N）的黑潮主轴大致位于121.5°E附近,其东边界可达123°E,而西边界仅限于121°E以西,其可能原因是该季节黑潮的左侧存在着一个气旋式环流,阻碍了黑潮西进;黑潮在20.5°N断面的体积流量为27×106m3/s左右,最大流速约为55 cm/s,出现在70 m层左右.     

东海黑潮地转流计算中的零流面选取问题

零流面的选取是东海黑潮地转流计算中的一个基本问题。通过对东海黑潮主流段PN断面上选取不同零流面时地转流计算结果的比较分析,考虑了东海黑潮的主要特征因子,确定了计算零流面的选取标准和选择结果。结果表明,为使计算结果可以反映实际的流速剖面结构,当水深大于700 m和小于700 m时可分别选取700 m层和底边界作为地转流动力计算零流面。     

南海上层季节环流局部分析与验证

研究南海环流的方法很多,采用GDEM资料,运用P矢量方法,得出了南海春季、夏季局部的上层流场分布情况.通过分析并结合UCM-60超声海流计和ADCP走航式测流仪相关实测数据,初步验证了这种研究南海上层季节环流所用的数值计算方法.