西北太平洋黑潮延伸体观测回顾和展望

西北太平洋黑潮延伸体是全球海洋动力过程最复杂、对全球气候变化最敏感和全球海洋渔业产量最大的区域之一,然而,目前对该海区物理、生态及生地化循环等过程的认识仍受限于长期连续海洋观测资料的缺乏。本文回顾了国际上针对黑潮延伸体海区的相关观测情况和取得的主要进展,介绍了近年来我国在该区域观测系统的构建工作及取得的初步成果,包括构建了全球首个西北太平洋黑潮延伸体定点观测系统;发现黑潮延伸体海区海洋涡旋的平流效应对该海区模态水的总潜沉率贡献超过一半,所携带当地的模态水只需要一年半的时间就可到达海盆的西边界;基于潜标首次展示了黑潮延伸体区域3种不同类型次温跃层涡旋流速的直接观测结果,为开展其生成消亡机制及其全球次表层物质能量输运提供了重要的现场观测基础。最后,本文展望了今后观测系统的发展方向,即在跨圈层和多学科交叉方面发展成为我国在西北太平洋重要的深远海综合观测网络。这将为揭示多尺度物理-生物过程耦合、深海能量串级及其气候效应与深海碳循环等领域实现突破提供重要的观测支撑。     

海洋中尺度涡旋表面特征和三维结构研究进展

海洋中广泛存在的中尺度涡旋对动量、能量、热量和物质传输起着至关重要的作用。详细介绍了利用卫星高度计资料识别中尺度涡的闭合等值线、Okubo-Weiss数、绕角和流矢量的方法。结果表明,绝大部分涡旋都呈近刚性旋转的非线性特征,生命周期大于等于16周涡旋的平均寿命、传播距离、振幅和半径分别为32周、550 km、8 cm和90 km。重点介绍了结合卫星高度计和Argo浮标资料合成中尺度涡三维结构的方法。受生成地和移动到当地海洋温盐背景场的共同作用,涡旋呈现不同的三维结构。从演变角度简单介绍了墨西哥湾的回流环和大西洋的地中海涡旋的基本特征。最后,对中尺度涡研究的难点问题,如次中尺度过程、中尺度涡能量耗散和次表层涡旋等进行讨论,并提出今后应从中尺度涡立体化、机动性观测,中尺度涡多学科融合式观测以及多尺度相互作用等方面开展突破性研究。     

冬季黑潮延伸体海域海洋涡旋影响局地大气强对流的研究

黑潮延伸体海区是冬季西北太平洋向大气加热的关键海区。前人研究表明活跃在黑潮延伸体海区的海洋涡旋会通过影响海表面温度而影响海面风。回顾了最近几年该海域海洋涡旋影响局地大气的研究成果,重点从船测探空资料、卫星观测资料和模式数值实验3个方面分析和比对了已有的研究成果,依据该海区海洋涡旋导致大气异常的地转适应理论,得到了如下新的科学推论:海洋涡旋上空大气运动较慢时,大气对海洋涡旋的响应表现以气压调整机制为主,海洋涡旋的影响常常被限制在大气边界层中;海洋涡旋上空大气的运动较快时,大气对暖(冷)涡的响应以垂直混合机制为主,海表面风速在暖(冷)水上加(减)速,海表面风强辐合出现在暖水的背景风下游一侧,并从暖水上空携带了大量水汽;通过水汽凝结与海面辐合上升之间的正反馈机制,为导致大气中出现强对流提供了必要条件。该推论将有利于进一步定量刻画海洋涡旋对大气的影响。     

大气对海洋中尺度涡响应的研究进展

海洋中尺度涡广泛分布于全球海洋且能对大气造成显著影响。在全面陈述大气边界层和局地环流对中尺度涡响应的基础上,论述了与其相应的物理机制,并系统介绍了有关中尺度涡对天气系统影响的最新研究进展。(1)中尺度涡引起的海表温度异常通过改变湍流热通量来引起洋面风速、散度以及云量和降水的异常,并在垂直方向上产生异常的次级环流。并且,大气对中尺度涡的响应有明显的区域和季节差异。(2)在南海、黑潮延伸区和南大洋,中尺度涡可分别通过改变海表面气压或大气边界层稳定度来影响其上的洋面风速。通过分析大气异常中心与中尺度涡的位相关系并配合动力诊断可区分这2种机制。(3)中尺度涡能改变大气中的能量转换从而影响风暴路径和急流位置,并能通过遥相关影响下游地区的天气型。此外,中尺度涡所造成的海洋上层温度变化还将对热带气旋的增强和维持起重要作用。     

燕山地区下奥陶统竹叶状灰岩与中尺度涡沉积模式

20世纪中叶以来,海洋中尺度涡的发现与中大洋动力学实验(MOED)改变了此前对海洋深处海水相对平静的传统认识。由于发生中尺度涡的区域海水较深,难于观察,因此有关中尺度涡的讨论目前仅限于海洋物理及海洋生物学领域。根据燕山地区下奥陶统下部竹叶状灰岩地层单元向上变粗的沉积序列、序列内发育的变形层理、倒"V"字形裂口、岩层向下方折弯乃至断裂成藕节状等明显的重力变形和环形波痕等沉积构造,以及竹叶状砾石表面及胶结物中富含原生海绿石等特征,结合沉积动力学分析与水盆实验模拟,提出燕山地区广泛发育的竹叶状灰岩是由古海洋的中尺度涡所形成的深水碳酸盐岩沉积,并建立了竹叶状灰岩中尺度涡沉积模式。     

一次梅雨暴雨的高分辨率数值模拟研究

对移植欧洲高分辨率有限区数值模式(HIRLAM)在我国的适用性进行了研究,解决了青藏高原对高分辨率欧洲模式引入中所造成的问题。利用该模式模拟了1991年江淮流域严重洪涝时期一次梅雨暴雨过程的中尺度特征,并揭示了青藏高原涡与西南涡的不同特点及其对形成特大暴雨中尺度系统的影响。这对于进一步了解梅雨暴雨的形成和演变机理及其预报等有一定意义,并具有广泛的应用前景。     

南海中尺度波动现象研究进展

Kelvin波和Rossby波是经常出现于海洋中的边界波;南海的复杂岸线、陡变地形和热盐场时空结构的不均匀性具有形成强迫Kelvin波和地形Rossby波的条件。现有研究表明,南海大部分中尺度涡形成于东部一些较大岛屿附近;这些中尺度涡一旦形成后,就在β效应作用下向西移动并最终耗散于西边界,且其波动一般以Rossby波的形式向西传播。因此,南海环流的多涡结构与中尺度波动之间存在着一定的联系。在南海北部,中尺度涡主要由黑潮入侵和风应力旋度所诱生,而在南海南部而以风应力旋度为主要成因。提出了利用线性波动动力学模式来研究南海南部中尺度波动、分析风应力强迫所产生的中尺度波动特征和规律,并据此建立相应的数值模式来揭示该海区环流的动力学和热动力学机制的思路,以便了解该海区流场季节性变化与中尺度波动之间的内在关系。     

地震海洋学研究进展

传统船舶调查获取海洋水体温盐资料的方法在水平方向上分辨率较低,而用反射地震探测海洋水体特性的方法--地震海洋学,能有效提高海水温盐资料在水平方向上的分辨率.概述了近5年来地震海洋学的发展过程,重点介绍了地震海洋学方法在海洋锋面观测、水团边界划分、海洋内波分析、中尺度涡旋等方面的研究成果,以及AVO、全波形反演等反射地震处理方法在海洋水体特性研究中的应用.比较了地震海洋学方法与声层析技术、高频声技术等声学方法应用于海洋水体特性研究的异同.并展望了下一步研究工作的重点:①有关地震反射剖面的各种参数与海洋水体温盐结构物理模型的联系及其定量分析;②以研究海洋水体特性为目标的地震反射剖面的处理方法;③海洋地震调查历史数据的应用.     

南海北部中尺度涡的时空分布特征:基于卫星高度计资料的统计分析

中尺度涡在南海活动频繁,尤其是持续时间长的强中尺度涡对海区内多尺度环流系统的能量输送和物质搬运具有重要调控作用。利用AVISO卫星高度计资料和最外层闭合等值线法,对2011—2018年南海北部的中尺度涡进行识别和追踪,重点讨论中尺度涡在最近几年的时空分布变化。统计结果显示,南海北部平均每年生成8.6个反气旋涡和4.5个气旋涡(持续时间大于28天),其中近1/3为强中尺度涡(持续时间大于45天),表现出较强的涡动能和非线性等动力特征,基本与前人统计的其他年份结果一致。南海北部中尺度涡的生成地点、传播路径以及活动频率分布具有显著的季节变化特征。对比发现,反气旋涡在秋季和冬季主要形成于吕宋海峡北侧,沿等深线向西南移动,最高活动频率超过30%;夏季主要在菲律宾吕宋岛西侧形成,平行于纬线向西移动。而气旋涡在冬季和春季主要形成于吕宋海峡西侧,向西南移动,最高活动频率约为26%。另外,台湾岛西南岸外易生成强中尺度涡涡对,综合黑潮指数进一步分析发现,黑潮入侵南海形成流套是促使该强涡对生成的主要机制。     

中国近海海洋锋和锋面预报研究进展

海洋锋是水文要素特性不同的2个水团之间的狭窄过渡带,是一种重要的中尺度海洋现象,对渔业、军事和海洋环境保护等许多领域有重要影响,已经成为近年来物理海洋学以及海洋交叉学科中的重要课题之一。中国近海由于众多环流、水团和涡旋在此交汇,海洋锋现象十分显著,近年来,我国学者对中国近海的海洋锋产生机制和变化规律取得了一定的进展。首先从实测水文资料分析、遥感资料分析和数值模拟3个方面分别回顾了黄海、东海、南海北部等中国近海海域海洋锋的研究进展。对于海洋锋的预报研究,我国起步较晚,但目前对近海海洋锋预报的需求十分迫切。回顾总结了国外海洋锋预报的进展,集中介绍了黑潮锋、冰岛—法罗群岛锋、湾流锋和墨西哥湾锋面涡旋的预报方法和现状,最后对如何开展中国近海海洋锋预报提出思考和展望。