夏季台湾海峡海流计算Ⅱ.三维半诊断及预报模式计算

本文在σ坐标下建立了一个半诊断计算及预报计算的数值模式,应用于台湾海峡夏季时三维海流计算.计算结果表明,当t=2.5d时,密度场和速度场得到调整,即得到半诊断解,当t=40d以后,解已达到准稳定态;半诊断及预报计算的结果在定性上是与诊断计算结果一致.但它们在定量上有些变化,如表层台湾岛西岸附近的最大水平流速,在t=0时(诊断)为59.1cm/s,t=2.5d时(半诊断)为62.1cm/s,t=300d时(预报)为62.0cm/s.此外,在半诊断及预报计算中,上升流也主要发生在福建近岸等,但流速加强,范围也有所扩大.     

1999年6月黄海、东海海流的三维非线性数值计算

基于 1 999年 6月“向阳红 1 4”号调查船的水文和气象资料 ,用σ坐标下三维非线性的诊断、半诊断及预报模式计算了黄海、东海海流 ,计算结果表明 :( 1 )当t=3d左右 ,密度场和速度场都已调整 ,得到半诊断解 ;当t =2 1d以后 ,解已达到准稳定态 ,并取t =30 0d的计算结果作为预报计算的解 .( 2 )诊断计算结果表明 ,1 )计算区域的西北部有一支黄海沿岸流 ,为偏东向流 ,该流在济州岛以南流出本计算海区 .在计算区域的南部西侧还有一支流 ,即台湾暖流内侧分支 ,作气旋式弯曲后 ,转为东北方向流 .2 )在以上两支流北侧 ,即济州岛西南处 ,存在一个气旋式涡 ,它具有高密、低温的水文特征 .3)黑潮西侧有一台湾暖流外侧分支 ,先作气旋式弯曲 ,尔后向东北方向流动 .4 )黑潮在黄海、东海以较强的速度向东北方向流去 ;其最大水平速度在表层为 1 0 8 5cm/s,位于北边界附近 ,30m层、75m层以及 2 0 0m层的最大水平速度分别为 1 0 6 1 ,1 0 2 2及 85 1cm/s,且均位于南边界附近 .( 3)比较诊断、半诊断及预报模式计算结果 ,它们在定性上比较一致...     

东海黑潮与琉球群岛以东海流半诊断计算

利用“长风丸”调查船在1987年9～10月期间得到的水文资料,对东海黑潮与琉球群岛以东海流进行了半诊断计算.本计算分为两个阶段,第一阶段是诊断的,第二阶段取诊断计算结果作为初始值,进行半诊断计算,即调整阶段.计算表明,当T=30～40d时,密度场与速度场等已被调整,即得到了半诊断计算的解.比较诊断与半诊断的两个计算结果,在定性上它们是基本一致的,但在定量上存在一些重要差别,例如以下几点:(1)由于诊断计算采用了平滑后的资料,两支西边界流,即黑潮及琉球群岛以东西边界流(简称“琉球海流”)的流速计算值都偏低.而通过调整后的半诊断计算,这两支西边界流的流速都加强;(2)半诊断计算密度场等已被调整到与海底地形等相适应.例如东海黑潮流速的最大值为101cm/s,出现在东海海区南部最大的地形坡度处,而诊断计算,由于资料平滑,没有得到这样的结果;(3)在琉球群岛以东海域,在最近岛屿处600m以浅水层,诊断计算结果出现了南向流,这也是由于资料平滑所致.然而,半诊断计算结果在此处出现了北向流,这与观测结果是一致的.这些计算结果都表明,当采用平滑后的资料时,应用半诊断模式计算海流,更为适宜.     

夏季台湾海峡海流计算Ⅱ

本文在σ坐标下建立了一个半诊断计算及预报计算的数值模式，应用于台湾海峡夏季时三维海流计算。计算结果表明，当ｔ＝２．５ｄ时，密度场和速度场得到调整，即得到半诊断解，当ｔ＝４０ｄ以后，解已达到准稳定态；半诊断及预报计算的结果在定性上是与诊断计算结果一致。但它们在定量上有些变化，如表层台湾岛西岸附近的最大水平流速，在ｔ＝０时（诊断）为５９．１ｃｍ／ｓ，ｔ＝２．５ｄ时（半诊断）为６２．１ｃｍ／ｓ，ｔ＝３００ｄ时（预报）为６２．０ｃｍ／ｓ．此外，在半诊断及预报计算中，上升流也主嵰⑸诟＝ń兜龋魉偌忧浚段б灿兴┐蟆     

台湾以东及东海南部黑潮的动力研究

一个数值计算模型用以模拟黑潮受南东海大陆坡折阻挡时的路径变化,参照台湾东北部实际地形,本文设计了一个理想化的计算区域。计算结果表明,一部分黑潮水受阻于坡折而直接右拐,另一部分爬坡侵入陆架,而后回到坡折,与前一部分汇合一起几乎沿着坡折前进。通过数值分析,我们得到,在台湾东部及东北部附近,非线性效应不可忽略,而在其他海区,地转平衡是一种很好的近似。惯性效应是黑潮源地涡旋的主要形成机制。黑潮在陆架坡折附近的流型是以定态地形Rossby波表现出来的。波长与基本流的流速、涡度及涡度的侧向剪切有关。另外,波长分布不但与地形坡度,而且也与水深有关。在坡折附近,随着水深变浅,其波长逐渐变短。这种流态在我们的数值模拟结果中得到了显示,并且与实测资料中的陆架坡折附近水温等值线的弯曲形态是一致的。     

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。     

东中国海秋季三维环流诊断计算分析

基于2000年秋季东中国海水文观测资料,应用三维有限元模式FEOM(Finite Element Ocean circulation Model),在温盐保持不变的情况下进行诊断计算100 d,模拟结果再现了环流的主要特征:由于海表面风的影响,秋季东中国海表层的环流以西南向流为主,在10m深以下由于风的影响减弱环流特征比较清晰完整。黄海北部出现一个气旋式涡旋,10m层流速大小为5 cm/s左右;浙闽沿岸流从表层到50～60m深都是存在的,流速基本不变;台湾暖流在10m层流速较大,且向陆架方向入侵明显,但是越向下越不明显,流速也有所减小。诊断计算60d后的后报计算结果显示,松弛尺度为5d可以更好地消除资料的不匹配。因此最终在诊断计算60d后开展了松弛时间为5d的40d的强诊断计算,强诊断模拟结果显示:强诊断计算能更好的模拟东中国海环流结构,相较于诊断计算,表层流速有所减弱,10 m层流速有所加强,各层流向强诊断计算和诊断计算基本一致。     

地形斜坡对东海黑潮陆架坡折锋稳定性影响研究

为了研究地形斜坡对东海黑潮陆架坡折锋稳定性的影响,利用简化的线性原始方程,在一定背景流的情况下,主要从增长率、相速度、空间结构和能量方面分析海底地形斜坡变化对坡折锋稳定性的影响。模式结果表明,平底地形时,扰动的强度大且扰动区域广,但有地形斜坡时,扰动区域变窄,强度变弱,地形对坡折锋起稳定性作用。通过能量分析得出东海黑潮陆架坡折锋是正压和斜压的混合不稳定,其中斜压不稳定占主导地位。实验分析得出,地形对东海黑潮陆架坡折锋起稳定作用,斜坡增大,斜压不稳定和正压不稳定均减弱,斜压不稳定减弱更明显。     

2001年春季东中国海三维环流的数值模拟

本文基于2001年4月东中国海区域实测水文资料,应用三维有限元模式FEOM(Finite Element Ocean Model)对东中国海三维环流系统进行了数值计算分析。模式水平网格系统采用单节点线性三角形网格,垂向使用z坐标,观测温、盐度场通过客观分析法插值得到初始条件,分别进行了诊断计算和强诊断计算,计算结果表明:(1)改进逆方法可以很好地反演研究区域流函数和流量分布,为数值模拟提供优质可靠的开边界条件。(2)有限元模式在网格自由度方面和对研究区域的完整覆盖方面优势明显,高分辨率的垂向z坐标也可以较好地拟合海底地形,从而得到较高分辨率的三维数值模拟结果。(3)通过诊断计算,模拟再现了东中国海春季环流的多涡结构,分辨出了台湾暖流、黄海沿岸流、黄海暖流等流系。(4)比较诊断与强诊断两个计算结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别,总体分布强诊断计算结果更为合理。     

一种计算斜坡处海流的诊断模式

本文提出一种考虑底斜效应,适合斜坡处海流诊断计算的模式,并且分别计算了日本以南黑潮区部分测线和对马暖流流源区的流速。其结果与实测符合较好。     

一种计算斜坡处海流的诊断模式

本文提出一种考虑底斜效应，适合斜坡处海流诊断计算的模式，并且分别计算了日本以南黑潮区部分测线和对马暖流流源区的流速。其结果与实测符合较好。     

大洋环流的诊断计算

采用二维的全球高分辨率(1/4°×1/4°)的自由表面诊断模型结合动力计算估算全球大洋环流,模拟结果与其他模拟结果非常相似。流函数的分布表明,全球大洋中的主要流系均得到体现,包括大洋环流的西向强化的现象(黑潮、湾流等)。黑潮主轴的流量约54Sv(1Sv=106m3/s),非常接近实测值;各层水平流场分布情况显示,各大洋的一些基本流系都能得到很好的再现。如黑潮和南极绕极流可深达底层。湾流不能到达深层,大约在1000～2000m之间海流即已转向。     

大洋环流的诊断计算

采用二维的全球高分辨率（1／4°×1／4°）的自由表面诊断模型结合动力计算估算全球大洋环流，模拟结果与其他模拟结果非常相似。流函数的分布表明，全球大洋中的主要流系均得到体现，包括大洋环流的西向强化的现象（黑潮、湾流等）。黑潮主轴的流量约54Sv（1Sv=10^6m^3／s），非常接近实测值：各层水平流场分布情况显示，各大洋的一些基本流系都能得到很好的再现。如黑潮和南极绕极流可深达底层。湾流不能到达深层，大约在1000～2000m之间海流即已转向。     

POM模式在日本南部黑潮路径变异研究中的应用

日本南部黑潮路径变异对北太平洋地区的气候和环境具有显著的影响,对黑潮路径变异的研究具有重要的意义。本文利用POM(Princeton Ocean Model)数值模式模拟了日本南部黑潮的路径变异情况,分析了黑潮大弯曲路径形成的可能机制。研究结果表明,当黑潮处于非大弯曲路径时,相对位势涡度的平均值呈现递减趋势,说明日本南部低位势涡度水在不断积累,这样会使得四国再循环流的强度增强,迫使黑潮保持平直路径,同时,近岸黑潮垂直流速剪切增大,斜压不稳定性的作用也逐渐增大;当黑潮从非大弯曲路径向大弯曲路径过渡时,再循环流强度的减弱会导致黑潮的流速剪切减小。根据海表高度异常场以及海洋上层流场信息发现,近岸黑潮附近的气旋涡会随着再循环流区域反气旋涡的东侧向南运动,最终导致黑潮大弯曲的发生。分析涡流的能量,结果显示,黑潮大弯曲路径的形成与斜压不稳定性密切相关。     

不同CTD数据垂向分辨率对黑潮地转流动力计算的影响分析

基于日本海洋信息中心提供的东海黑潮PN断面垂向分辨率不同的2种CTD数据,采用动力高度法计算了2000—2011年的断面流速。通过对49个航次的流场结构、最大流速、流幅、流量等黑潮特征值的对比,分析了不同数据垂向分辨率对黑潮地转流动力计算的影响。结果表明:数据垂向分辨率不同对东海黑潮的流量几乎没有影响,对平均流幅影响很小,对流核位置略有影响,但对平均流核个数、平均最大流速影响较大。2种数据对应的流场差异主要有:与低分辨率数据对应的流场相比较,高分辨率数据对应的流场流核区流速较大、平均流核数偏多。不同流核结构在2种数据对应的流场中出现概率差别较大,低分辨率数据结果中的单核结构出现概率最高,高分辨率数据结果中的双核结构出现概率最高。     

横穿黑潮锋断面的流场结构

基于一组简化了的运动方程组，在充分考虑底Ekman层作用的情况下，提出一种横穿锋面的断面上流场结构的计算方法。应用该方法对东海横穿黑潮锋的不同断面上的流场（1989－1990年资料）进行计算。结果表明，黑潮锋左侧（向岸侧）存在较强的上升流，而锋区右侧（离岸侧）表现为海水的下降运动。垂直流速为（1－20）×10－3cm／s的量级，而横穿锋面方向的水平流速为1－3cm／s，其中以夏、秋季跃层附近最强。在陆架坡折处，上升流转向陆架。同时，还分析了正压场和斜压场对这种流场的不同贡献，认为在黑潮区，正压场起主要作用;而在内陆架区，斜压场则变得重要。将计算的流场与硝酸盐的分布比较表明，两者有较好的对应关系。     

用广义随底坐标海洋模式研究南海2000年夏季环流

基于2000年8月在南海调查航次得到的水文资料,首次采用广义随底坐标形式的改进POM模式对南海夏季环流进行了数值研究.用正交曲线性水平网格覆盖观测区域,在垂向上对近表海面层次采用近似z坐标,而近底层则为随底坐标.在计算海区实际地形及假设的水平均匀而垂直层化的密度分布下,实施的两个数值计算试验表明,本模式采用的垂直坐标方案比传统的σ坐标方案优越,随底坐标模式因压力梯度项在起伏地形下产生的系统计算误差将变得十分的微小.在南海2000年夏季环流的实际计算中,首先对观测资料进行了60d的诊断计算,然后在诊断已得到的动力场结果基础上,又进行了10d左右的预报运行得到半诊断结果.从计算结果来看,它依赖于参数C_vis与C_dif的选择,特别是参数C_vis,文中取值为C_vis=C_dif=008.比较诊断与半诊断两个计算过程的结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别.这是因为半诊断计算的方法对密度场作适当的动力调整,使其与地形、风场等更加匹配.在大尺度环流结构不受影响的情况下,尽可能地消除了小尺度噪声,可使计算得到的流场更为清晰.2000年8月南海计算区域环流的最大特点是多涡结构,其中有些反气旋暖涡和气旋式冷涡相间分布.在越南东南海域自表层至1000m水层稳定存在着一个显著的反气旋暖涡,其中心位置在11°51'N,112°07'E(诊断计算),水平尺度约为300km.此暖涡以东存在一个气旋式冷涡,这两个冷、暖涡是研究海区夏季环流的重要环流特征之一.在计算区域东北部夏季环流以反气旋环流系统为主;在计算区域东南部夏季环流以气旋系统为主;南海夏季环流分布,明显出现西部强化特征.     

台湾东侧黑潮区域海水的T-σt关系及其在动力计算中的应用

迄今为止的调查研究表明,海洋中的海流,特别是那些流速较大的强流:大都以地转流为其主要成份。因此,可以根据地转关系,应用观测所得的海水质量分布(即温、盐度或密度分布)计算出与实际较为相符的流速流量。这种过程就是海流的动力计算。 但是,由于温度资料比盐度资栂精确且易得,因此,人们在根据海水质量分布计算海流时,曾进行了种种简化,试图只根据温度分布及变化来研究海流。这大致可分为下列两方面： 其一,认为海水密度分布主要决定于温度,如果仅欲求得海流分布变化的粗略结果,可以不考虑盐度,直接根据单一的温度分布来计算流速流量。近年来,国内外所开展的一些工作,已为这种简化提供了初步的但较有力的证据。例如, Bryden(1974)通过对中大洋动力实验(MODE)区域两个锚锭站的温度和海流实测资料的分析,得出了水平流速的垂直切変和温度水平梯度的垂直积分之间颇为一致的关系。管秉贤在研究通过苏澳一与那国岛断面的黑潮的变异时,找到了100-200米水层处的温度水平梯度最大值与流量之间较好的关系。 其二,为了求得较为精确的结果,引入了平均的T-S关系曲线来考虑盐度分布对密度的影响。例如, Emery和Wert(1976)曾利用太平洋上每10°方格海域中的平均T-S曲线,对大量的温度断面进行了动力高度计算。所得结果,除了个別区域外,与用温盐资料算得的动力高度相比,误差都比较小。另外,在中大洋动力实验中,对许多只有温度而没有盐度资料的观测站,也是应用该海区的平均T-S曲线进行动力计算的。 本文应用国际黑潮合作调查(CSK)资料,对台湾东侧黑潮区域的水温(T)和条件密度(σt)进行比较,得出了这一区域的T-σt的相关关系式。运用这一关系式对该海区的温度断面进行动力计算,所得流速与用经典的动力计算方法得到的地转流速相比,其方向和量级都是一致的。另外,对东海的黑潮区域的海水,也用本关系式进行了讨论。     

南海北部冬季和夏季逆风流机制初探：I.季风逆风流诊断方程及其诊断判据

通过简化原始运动方程，得到南海北部季风逆风流诊断方程，对季风逆风流诊断方程进行必要的数学处理后，导出南海北部产生季风产风流和必要条件和诊断判据；指出南海北部季风逆风流由风生直接逆风流与风生间接逆风流叠加而成，风生间接逆风流由风生间接正压地转逆风流与风生间斜压地转逆风流组成，还导出风致巴士海峡以东的黑潮水影响季风逆风流的判据，在合适的风向及适当的摩擦系数情况下，黑潮水可成为间接逆风流的热源，并首次提     

黑潮流域海温适应性观测敏感区诊断方法研究

敏感区诊断是适应性观测的关键问题,集合变换卡尔曼方法(EnsembleTransformKalmanFilter,ETKF)是目前主要的诊断方法之一。将集合变换卡尔曼方法应用于海洋环境适应性观测,根据ROMS海洋模式数据构建海表温度集合预报,以黑潮流域宫古海峡附近海域为验证区进行敏感区诊断计算,分析不同间隔时间条件下敏感区分布情况,结合模拟系统观测试验验证在敏感区进行适应性观测对预报质量的提升效果。结果表明,在诊断所得敏感区内添加观测能够提升预报质量;随时间间隔增大,敏感区向上游区域平移且预报质量提升效果减小;与在验证区整体添加观测相比,敏感区观测对预报质量提升效果基本相同并且观测成本明显减少。