南黄海西部的陆架锋及冷水团锋区环流结构的初步研究

本文依据1984年7月的实测水文资料和卫星图片,指出了南黄海西部存在着因潮混合形成的浅水陆架锋,分析了陆架锋区的水文结构,指出在冷水团锋面区域海洋上层存在着一个因下层冷水上升而形成的低温、高盐、高氧带,沿陆架锋及冷水团边界区域,是黄海的主要上升流区。本文还指出,夏季黄海沿岸流主要是一支沿黄海冷水团锋面南下的强流(jet)。在冷水团衰退时期,随着冷水团的退缩,这一沿锋面的流动将向外海推移。     

黄海西南部陆架锋区锋断面环流数值模拟

浅水陆架锋是近岸混合区与外海层化区的分界面,对近海海雾形成、渔业生产及污染扩散有重要影响。赵保仁根据实测SST资料利用Simpson-Hunter参量提出黄海沿岸区域存在潮混合控制的浅水陆架锋,他还进一步指出,黄海沿陆架锋与冷水团边界区是黄海的主要上升流区,即锋面上升流区,夏季黄海西部沿岸存在沿冷水团锋面南下的强流。James用这一诊断模型讨论过锋区环流情况,Garret等用的是半诊断模型。他们均得出垂直于锋面的断面内在锋区附近存在着双环流结构。     

黄海冷水团锋面与潮混合

本文应用 Simpson-Hunter 提出的潮混合形成浅水陆架锋的概念,讨论了黄海冷水团锋面及其它有关问题。用近最大潮流流速计算了黄海和东海北部的层化参量,得到划分层化和垂直均匀区的临界层化参量为1.8。在增温季节,整个黄海冷水团的边界是由潮混合控制的。夏季东海北部气旋型涡旋的西边界也由潮混合所控制。海面温度资料还表明:在强潮混合区外缘,存在着由潮混合引起的浅水海洋锋。     

中国东部陆架海锋面的时空变化及其对细颗粒沉积物输运和沉积的影响

本文利用中国东部陆架海不同季节的航次观测数据与HYCOM模式数据,分析了HYCOM模式输出的水体温盐数据在中国东部陆架海的适用性,并探讨了中国东部陆架海表底层温盐锋面的时空变化及其对细颗粒沉积物输运和沉积的影响。研究结果表明,中国东部陆架海表、底层温度锋(盐度锋)的分布趋势基本一致(不考虑冲绳海槽以东的海域),但底层锋面的强度和锋区范围明显大于表层。锋面的位置很好的体现了海区流系的基本格局。表、底层温度锋面基本处于几大水团的交界处,说明表、底层温度锋面的分布与研究区环流和水团配置情况密切相关。而表、底层盐度锋面的分布则与研究区入海径流、沿岸流以及暖流等的分布密切相关。此外,对比锋面与中国东部陆架各泥质沉积区的位置可以发现,研究区温盐锋面的空间分布和季节变化对于泥质沉积区的形成具有重要的控制作用。     

黄海的风、潮混合特征及其对冷水团边界的影响

本文第一作者早在1985年就提出,潮混合效应控制着夏季黄海冷水团的边界及海面冷水分布(赵保仁,1985)。1987年又进一步通过水文调査资料和卫星图片给出了黄海周围的浅水陆架锋(或称潮汐锋)的分布及强锋区的跨锋断面中的温度、盐度和坏流结构特征,并指出夏季的黄海沿岸流在性质上属沿锋面运动的强流(赵保仁,1987a,b),而后又对黄海西部的陆架锋进行了一次专门调査(赵保仁等,1991)。此外,他还指出黄海的强温跃层的形成和转移现象也与潮混合现象密切相关(赵保仁,1989)。因此,研究潮混合现象对阐明发生在黄海的多水文物理现象都是至关重要的。 为深入了解黄海的潮混合特征,作者把渤海、黄海和东海作为一个整体完成了一次精度较高的潮汐、溯流数值计算,在潮汐、潮流的分布方面,揭示了前人尚未阐明的一些特征。本文根据这些数值结果,计算了近最大潮流流速和层化参数,阐明了渤海、黄海和东海的潮混合特征及其对降温期黄海冷水团分布变化的影响。此外,还用 Sim pson等人(1981)的能量模式计算了南黄海西部的风、潮混合效率。     

苏北浅滩外侧潮汐锋的季节变化及结构分析

利用高分辨率(1/18°)的POM(Princeton Ocean Model)模式数值模拟结果,结合观测数据分析了苏北浅滩外侧潮汐锋的季节分布特征和变化规律。研究结果表明,苏北浅滩外侧潮汐锋的季节变化特征显著,春末开始出现,夏季底层温度锋强度最大且锋区位置较稳定,锋区宽度约40 km,平均强度约0.35℃/km,秋、冬季随上层海洋湍流垂向混合的加强,潮汐锋逐渐减弱至消失不见。对比实测数据和模拟结果发现,沿34°N断面,夏季潮汐锋区附近等温线明显抬升,存在由陡峭地形和分层流体的内埃克曼效应共同作用形成的上升流现象。次表层海水出现低温冷水区,位于122.2°E附近。跨锋区断面的温度和流场分布特征同浅水区强烈的潮混合过程密切相关,斜压在锋面处产生了较强的南向流动。本研究结果促进了对苏北浅滩外侧陆架潮汐锋结构特征的认识,为研究黄海西部生态环境的动力过程影响提供参考。     

基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法

为了能够合理准确地描述海洋锋特征体系以及锋区本身的各种结构要素,提出了一种中国近海海洋锋分海区分析方法:首先,在对中国近海27条典型海洋锋的时空分布特征和季节演变系统归纳的基础上,基于多年卫星遥感海面温度数据锋面出现频率图,得出中国近海海区锋面系统划分方法;然后,利用日益更新的高时空分辨率卫星遥感海面温度数据,对各划分海区内海洋锋时空分布特征进行分析,调整纠正以往锋面系统分析的偏差或空缺,对中国近海锋面系统进行补充完善,为中国近海各锋面系统特征参数的规范化分析和准确的特征描述奠定基础。该方法对完善我国近海锋面系统研究具有长远的应用价值,对形成中远海及世界大洋海洋锋时空分布特征具有指导作用。     

长江冲淡水锋面变动及其与径流量的关系

海洋锋面是指不同性质的水团之间的交界面，由于水团之间的混合作用，一般是指不同水团之间的混合区。水团之间的混合是通过锋面进行的，浅海海洋锋区还往往出现上升流。观测表明，两种不同性质的水团或水体的交界面处，生物初级生产力较高，常是鱼群聚集的区域，渔获量较高。因此，海洋锋的研究有很高的理论和实践意义。在我国近海，大陆径流入海所形成的海洋锋，是黄海、东海陆架海区的重要锋面类别之一，本文利用“三峡工程对长江河口区生态与环境的影响和对策”专题调查资料(1985年8月-1986年10月)和国家海洋局断面调查资料(1975-1981年)，对长江冲淡水锋面的分布和变动特征作一初步分析。 长江口地处黄海和东海的交接处，南有台湾暖流及其延续体北上，并能越过长江口到达32°N以北海区(赵保仁，1982；苏育嵩，1986)，北有黄海沿岸流和苏北沿岸流南下，东邻面积宽广的黄海、东海混合水区(苏育嵩等，1983)。 洪水期丰沛的长江径流入海之后，在122°10''E以东海区显著层化，然后在长江冲淡水和外海高盐水之间形成明显的锋面。长江口区的温度平面分布比较均匀，而盐度的差异很大。本文所讨论的锋面，是指因盐度水平分布显著差异而形成的盐度锋。 在长江口附近海区，外海高盐水分属不同的流系，它们的盐度值和水平流速值各不相同，因此，与长江冲淡水之间形成的锋面强度和宽度也各不相同。一般地说，暖流系统盐度比较高，流速较大，因而与长江冲淡水之间形成的锋面较强，锋区宽度也较狭窄；相反，黄海沿岸流系的盐度较低，水平流速较小，从而与冲谈水之间形成的锋面相对较弱，且锋区宽度较大。 依照定义，锋区应是水文要素水平梯度最大的区域。据日本学者(Kanau et al.，1983)的观测，长江口区的锋区宽度只有1-5km左右。有的区域锋区宽度可能不足1km。与三峡工程有关的海上环境调查，在123°E以西海域，观测站距为10-15n mile; 国家海洋局断面观测站距一般为30''经距。基于这些资料确定出的锋区宽度就较大，强度则显著变弱。因此，为了弄清长江口海洋锋的水文结构和变化特征，需要针对海洋锋这种小尺度现象布设高密度观测站，或者用巡航式CTD进行专门调查。然而实际工作中仍然需要根据常规的海洋调查资料来确定锋面的大体位置，了解其水文结构和变化规律。     

夏季南黄海跨锋断面的生态环境特征及锋区生态系的提出

基于2006年夏季综合调查资料,分析和研究了南黄海陆架锋的分布以及跨锋断面的生态环境特征,并结合锋区的生物学和生态学现象,提出了锋区生态系的观点.结果表明:在南黄海西部冷水团边界附近海域存在因潮混合而形成的浅水陆架锋(潮汐锋),其中以长江口东北部至江苏北部外海、山东石岛外海和海州湾外侧的陆架锋最明显,而且与表层冷水区相...     

黄海近岸锋面的时空变化及其对沉积物输运和沉积的影响

利用2010和2012年黄海海域不同季节的航次观测数据与HYCOM模式再分析数据进行了比对,检验了HYCOM模式的水体温度数据在黄海海域的适用性。据此分析了黄海海域的温度锋面和混合锋面的时空变化。结果显示,温度锋通常在秋季开始出现,在冬季最为发育,在春季逐渐消失;黄海混合锋面与季风活动密切相关,主要在秋季开始出现,在冬季发育。悬浮沉积物基本上集中在温度锋的向岸一侧,难以跨越锋面输运。山东半岛成山头海域的温度锋在形态及空间位置上与泥质沉积区相对应,沉积中心(厚度40m)主要分布在温度锋的西侧,而在其东侧泥质沉积厚度快速减小。研究结果发现,秋冬季节混合锋与温度锋的空间位置并不一致,混合锋位于温度锋的西侧,强烈混合使得沉积物不易沉降,对应泥质沉积厚度小;而在混合锋东侧,悬浮沉积物浓度高且水体层化显著,沉积物易于沉降堆积,与泥质沉积中心对应。混合锋与温度锋的空间分布差异与共同作用可能是该区域泥质沉积体"Ω"形态发育的动力学机制。     

浅海浮力平流效应

浮力平流直接影响着海洋内部的湍流混合过程，制约着海洋热盐结构的形成和变化。这一过程在浅海，尤其在象渤黄海那样具有较强浮力平流的中国大陆沿岸带海区，是十分重要的。本文主要讨论浅海浮力平流对温跃层和海洋锋的影响，从理论上导出在浮力平流效应作用下期混合锋的公式，并以南黄海为例进行了计算，计算结果是令人满意的。     

夏季黄海表面冷水对大气边界层及海雾的影响

海表面温度(SST)是海气界面上的1个物理量,受到海洋潮汐、海底地形等因素影响,并对海洋大气边界层有着重要的影响.夏季的黄海,由于黄海冷水团的存在和陆架锋的影响,或是潮汐混合的作用导致海水的垂直混合,使海表面温度的分布产生复杂的结构.通过对卫星观测的海表面温度数据分析,发现在夏季黄海有几个SST冷中心的存在:辽东半岛以及山东半岛的顶端、朝鲜半岛的西侧、山东半岛南侧、江苏外海和黄海南部等.本文利用一系列船舶观测资料、卫星遥感数据、再分析数据分析等,并运用数值模拟研究黄海的冷中心对其上大气的影响.在冷区之上,大气稳定度增加,抑制了近海面大气的垂直混合,使海表面风速减弱.通过对船测数据的分析,在冷区位置有海雾多发区的存在,黄海南部冷区上的海雾发生频率达到15％以上.Weather Research and Forecasting(WRF)模式的数值模拟表明,冷中心降低上空的温度,使海表面风速减弱,形成厚度达500m的逆温层,为海雾的形成创造了有利的条件.与船测数据结果所不同的是黄海南部冷中心之上的海雾发生频率可以达到30％,去掉冷区影响的试验表明冷区较冷的海表面温度最多可以使海雾的发生频率增加15％以上.     

Thermal and haline fronts in the Yellow/East China Seas: Surface and subsurface seasonality comparison

Seasonal variability of surface and subsurface thermal/haline fronts in the Yellow/East China Seas (YES) has been investigated using three-dimensional monthly-mean temperature and salinity data from U.S. Navy’s Generalized Digital Environmental Model (Version 3.0). The density-compensated Cheju-Yangtze Thermal/Haline Front has (northern and southern) double-tongues. The northern tongue is most evident throughout the depth from December to April. The southern tongue is persistent at the subsurface with conspicuous haline fronts. The thermal (haline) frontal intensity of the northern tongue is controlled mainly by the temperature (salinity) variation on the shoreward (seaward) side of the front. The cold water over the Yangtze Bank is influential in generating the southern tongue and intensifying the Tsushima Thermal Front. The year-round Cheju-Tsushima Thermal Front is evident throughout the depth and intensifies from July to December. The northern arc of the Yangtze Ring Haline Front is manifest in spring and is sustained until summer, whereas the southern one is fully developed in summer because of eastward migration of the Yangtze Diluted Water. The area showing strong frontal intensity in the Chinese Coastal Haline Front shifts seasonally north and south along the Zhejiang-Fujian coast. The Generation and evolution of YES fronts are closely associated with YES circulation (inferred from the linkage of the water masses). Moreover, the subsurface temperature/salinity evolution on the fronts in the Yellow Sea differs from that in the East China Sea owing to local factors such as wintertime vertical mixing and a summertime strong thermocline above the Yellow Sea Bottom Cold Water.     

Effect of surface wave breaking on the surface boundary layer of temperature in the Yellow Sea in summer

Near-surface enhancement of turbulent mixing and vertical mixing coefficient for temperature owing to the effect of surface wave breaking is investigated using a two-dimensional (2-D) ocean circulation model with a tidal boundary condition in an idealized shelf sea. On the basis of the 2-D simulation, the effect of surface wave breaking on surface boundary layer deepening in the Yellow Sea in summer is studied utilizing a 3-D ocean circulation model. A well-mixed temperature surface layer in the Yellow Sea can be successfully reconstructed when the effect of surface wave breaking is considered. The diagnostic analysis of the turbulent kinetic energy equation shows that turbulent mixing is enhanced greatly in the Yellow Sea in summer by surface wave breaking. In addition, the diagnostic analysis of momentum budget and temperature budget also show that surface wave breaking has an evident contribution to the turbulent mixing in the surface boundary layer. We therefore conclude that surface wave breaking is an important factor in determining the depth of the surface boundary layer of temperature in the Yellow Sea in summer.     

东海温度锋的分布特征及其季节变异

根据１９３４－１９８８年东海水文观测资料，重点分析东海温度锋的分布特征及其季节变异，并结合近期中日黑潮合作调查研究成果，初步探讨温度锋季节变异和水团演变的关系，所得主要结论是：（１）东海不仅常年存在浙闽沿岸锋，东海北部陆架锋和黑潮锋，而且、春、夏两季，在东海南部还出现一条东海中部出架锋。（２）江海温度锋季节变化的特点是：冬季，锋的宽度和强度皆是表层最强，夏季，表层温度锋仅出现在浙江近岸小范围海域。     

渤、黄、东海夏季环流的三维斜压模型

基于拉格朗日时均观点描述环流，建立起潮流与准定常流共同占优势系统中的陆浅海环流模型，并诊断计算了夏季渤、黄、东海的三维环流图。模拟结果较好地再现了渤、黄、东海主要流系的特征。对照冬季结果，对渤、黄、东海环流的季节变化做了阐述。从环流垂向分量的分布图上，可发现渐闽近海、长江口外存在较明显的上升流区。另外，对夏季渤、黄、东海的热盐环流和潮致余流分别进行了模拟，发现它们均能在黄海构成一逆时针向的五流系统，这对形成和维持夏季黄海冷水团的存在有重要作用。热盐环流的模拟结果表明，黄海冷水团环流含有“热成流”的成分；通过Lagrange余流的计算发现环绕黄河冷水团的环流还含有“潮成流”的成分。     

Simulation of the seasonal thermal structure in the Bohai Sea

The seasonal thermal structure in the Bohai Sea are examined with a three-dimensional boroclinic primitive equation model for shelf sea.The evolution of the seasonal thermal stratification is well simulated.The stratification appears early in April,first in the area off Qinhuangdao and it is well developed in the middle of May.It intensifies with synoptic and neap-spring fluctuations throughout the summer and reaches its maximum in the middle of July.Eventually,it is destroyed at the end of September.There are cold water belts between well-mixed and stratified regions.They are loGated on the mixed side of tidal fronts,and coincide with the isolines for a temperature difference of 1-2℃ between surface and bottom.The sea surface temperature (SST) distribution shows local maxima at the head of three bays and to the south of Qinhuangdao during the summer.The Bohai Sea responds to the variability in the atmospheric forcing and in tides with the synoptic and neap-spring variations of SST,as well as in the stratification and in variable positions of tidal fronts.     

黄海在有无潮作用下对“布拉万”不同响应的数值模拟研究

黄海是典型的强潮驱动的陆架浅海。为了研究黄海对台风的响应特点,本文利用区域海洋模式(Regional Ocean Modeling Systems,ROMS)分别模拟了在有潮和无潮作用下黄海对台风"布拉万"的响应过程。结果表明,不管潮存在与否,"布拉万"经过黄海后都引起了海表面降温和流速的近惯性振荡响应,这种响应主要分布于黄海中部较深区域,带通滤波提取的近惯性流速具有垂向第一模态特征。同时,研究发现强背景潮流能显著地影响黄海对"布拉万"的响应过程。主要结论如下:一方面,由于潮的存在,近岸垂向混合均匀的较暖水体与远岸较冷水体之间会形成潮混合温度锋面,"布拉万"过后,暖水发生了明显的离岸扩张,尽管路径右侧的混合层降温更显著,但是左侧即黄海西岸的暖水扩张更明显;另一方面,潮的存在减弱了布拉万产生的近惯性振荡响应,半日潮流在黄海仍然占据主导地位。在混合层中潮流的作用减弱了"布拉万"产生的近惯性能量,但也使其更易穿过跃层传入黄海内部。     

Thermal fronts and cross-frontal heat flux in the southern Huanghai Sea and the East China Sea

Synoptic features in/around thermal fronts and cross-frontal heat fluxes in the southern Huanghai./Yellow Sea and East China Sea （HES） were examined using the data collected from four airborne expendable bathythermograph surveys with horizontal approxmately 35 km and vertical 1 m（from the surface to 400 m deep） spacings. Since the fronts are strongly affected by HES current system, the synoptic thermal features in/around them represent the interaction of currents with surrounding water masses. These features can not be obtained from climatological data. The identified thermal features are listed as follows ： （ 1 ） multiple boundaries of cold water, asymmetric thermocline intrusion, locally-split front by homogeneous water of approxmately 18 ℃, and mergence of the front by the Taiwan Warm Current in/around summertime southern Cheju - Changjiang/Yangtze front and Tsushima front; （2） springtime frontal eddy-like feature around Tsushima front; （3） year-round cyclonic meandering and summertime temperature-inversion at the bottom of the surface mixed layer in Cheju - Tsushima front; and （4） multistructure of Kuroshio front. In the Kuroshio front the mean variance of vertical temperature gradient is an order of degree smaller than that in other HES fronts. The southern Cheju- Changjiang front and Cheju -Tsushima front are connected with each other in the summer with comparable cross-frontal temperature gradient. However, cross-frontal heat flux and lateral eddy diffusivity are stronger in the southern Cheju - Changjiang front. The cross-frontal heat exchange is the largest in the mixing zone between the modified Huanghai Sea bottom cold water and the Tsushima Warm Current, which is attributable to enhanced thermocline intrusions.