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。     

南海北部第四系深层等深流沉积特征及类型*

以地震资料为基础, 对南海北部第四系深层等深流沉积进行了研究。南海北部水深约1200～3000m范围内发育大型长条状漂积体、限制型漂积体、陆坡席状漂积体及沉积物波。大型长条状漂积体外形为丘状, 水道在靠陆一侧发育。限制型漂积体主要沉积于地形突起之间的地势相对低洼处, 外形多平坦, 水道较为发育。陆坡席状漂积体外形为席状。沉积物波面积较大, 部分与漂积体伴生。深层等深流在自北东向南西沿南海陆架运动过程中, 在中上陆坡由于地形变化相对较大及科氏力作用影响形成螺旋型等深流, 进而产生次生环流, 形成大型长条状漂积体及限制型漂积体。在中下陆坡因地形相对平坦、开阔, 等深流为层状水流, 多形成陆坡席状漂积体。本研究不仅能提高对南海深层等深流沉积的认识, 还能为油气勘探服务。     

南海中尺度涡研究进展

近20年以来,南海环流及中尺度涡的研究得到了国内外海洋学家相当的重视,取得了许多研究成果。随着高度计资料的广泛应用以及涡分辨率数值模式的发展,南海中尺度涡的研究越趋活跃。简要介绍南海大尺度环流的主要工作,并着重分析南海多涡结构观测以及形成机理研究方面的主要进展。     

南海在1997/1998年El Nio事件后的异常变化

基于NOAA OISST.V2月平均SST资料和FSU月平均风应力资料对南海的SST和风场异常进行了分析,发现：南海对1997/1998年El Nio事件响应最为强烈,并在1997/1998年冬季和次年的夏季SST存在2个异常高峰值,风速存在2个异常减小的极值。为研究南海环流在1997/1998年的异常变化,利用ECOM水动力模型计算了1995—2000年的南海环流场,分析了1998年1月和8月南海水位和环流的异常分布,二者均存在显著的异常：①1月,整个南海海盆为正的水位异常,流场为反气旋异常环流,冬季控制整个南海海盆的气旋式环流减弱;②8月,南海海盆水位为正异常,特别是越南东部海区出现较强的正水位异常,南海南部的高水位中心扩大北移;异常流场表现为南部为气旋式异常环流,北部为反气旋的异常环流,且在越南东部海区形成非常强的反气旋异常环流中心,使得控制南海南部的反气旋环流和北部的气旋环流均减弱。风应力的分析表明,风应力旋度的异常变化是南海环流年际异常变化的主要因素。     

南海在1997/1998年El Ni(~n)o事件后的异常变化

基于NOAA OISST.V2月平均SST资料和FSU月平均风应力资料对南海的SST和风场异常进行了分析,发现:南海对1997/1998年El Nino事件响应最为强烈,并在1997/1998年冬季和次年的夏季SST存在2个异常高峰值,风速存在2个异常减小的极值.为研究南海环流在1997/1998年的异常变化,利用ECOM水动力模型计算了1995-2000年的南海环流场,分析了1998年1月和8月南海水位和环流的异常分布,二者均存在显著的异常:①1月,整个南海海盆为正的水位异常,流场为反气旋异常环流,冬季控制整个南海海盆的气旋式环流减弱;②8月,南海海盆水位为正异常,特别是越南东部海区出现较强的正水位异常,南海南部的高水位中心扩大北移;异常流场表现为南部为气旋式异常环流,北部为反气旋的异常环流,且在越南东部海区形成非常强的反气旋异常环流中心,使得控制南海南部的反气旋环流和北部的气旋环流均减弱.风应力的分析表明,风应力旋度的异常变化是南海环流年际异常变化的主要因素.     

南海南部海洋环流研究的新进展

综合近期南海南部环流研究的主要成果,描述南海南部的主要流系及其变化。指出研究海区环流主要由季风所驱动。东北季风期,其西部主要由气旋式环流所控制,东部则受较弱的反气旋式环流控制,在二者结合部形成强的逆风海流。西南季风期,海区大部分受反气旋式环流控制,其北侧为一气旋式环流,二者结合部形成强的东向离岸流。还讨论了环流的演变特性和流涡的形成机制。     

利用水文资料推测海洋流场的研究进展

根据研究方法不同的动力学特征及其运用上的差异,利用已知的水文气象资料推测海洋流场的方法可以分成 3类：①描述性方法;②热成风关系式与示踪物守恒相结合的诊断方法;③Sarki syan诊断模式及复杂动力模式。结合南海环流的工作讨论了这些方法的进展情况及在南海环流研究中的作用,并对目前利用水文气象资料推测海洋流场的研究趋势进行了分析。     

中国冰川积累与水汽来源补给分析

利用冰川编目数据和NCEP/NCAR再分析资料, 对中国及周边地区水汽通量、中国冰川地理分布情况、大气环流途径和降水分布进行分析, 发现中国冰川水汽来源复杂, 不同地区各季节存在不同的大气环流控制. 这说明不同地理位置的冰川所指示的气候信息是不同的, 大约以30° N和100° E为界, 中国西北部主要受西风环流影响, 冰川发育的水汽主要源于西风环流. 以横断山脉为界, 横断山脉以西, 即30° N以南和100° E以西的区域, 主要受印度季风控制, 冰川发育水汽主要源于印度洋、阿拉伯海和孟加拉湾; 横断山脉以东区域, 受东亚季风控制, 冰川发育水汽主要来源于太平洋和南海; 横断山脉、念青唐古拉和青藏高原东部地区受印度季风和东亚季风共同控制, 冰川发育水汽主要来源于孟加拉湾和南海. 不同地区冰芯积累量的变化与该地区夏季季风环流指数的变化具有较好的一致性.     

三峡库区黄花城河段环流结构与涡尺度特征初探

弯道水流结构在天然河流形态演变过程中起着重要作用,为进一步深化对弯道环流结构与紊动特性的认识,以三峡库区黄花城河段具有的连续弯道为研究对象,采用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)开展原型三维瞬时速度测量,初步分析弯道环流结构与湍流结构尺度分布特性。研究结果表明:三峡库区黄花城河段存在河道层面宏观尺度的弯道环流结构;受局部壅水以及河床地形影响,在测量垂线上表现为全水深环流结构或双环流结构特征;超大尺度湍流结构仍然存在于库区连续弯道河流中,但尺度以及分布受弯道环流结构影响较大。     

链接热带东印度洋环流的海洋波动桥梁

热带印度洋环流动力研究对认识海盆尺度物质和水体交换、区域乃至全球气候变化具有重要意义,亦服务于人类的生产生活。回顾了近年来基于中国科学院南海海洋研究所热带印度洋观测取得的环流动力方面的研究进展,探讨提出海洋波动桥梁概念,即：赤道波通过水平传播、垂向传播和东边界反射,在赤道上混合层、次表层和中深层调制着赤道流系的生成与变化;随着波动能量在东边界以沿岸开尔文波和反射罗斯贝波的形式往外赤道传输,赤道动力过程亦调节着外赤道的环流结构变化。作为能量传输的十字路口,海洋东边界是环流变化的动力支点。在其支撑下,海洋波动成为环流间重要的能量纽带,贡献于环流的动力联系,是东印度洋环流多尺度变化的重要内因。基于观测,初步探讨了大尺度气候模态等外因对热带东印度洋环流的影响。凝练的海洋波动桥梁动力学框架,为进一步研究热带印度洋的环流的特征、变化及影响提供科学启示。     

赤道太平洋潜流变化特征及其与异常海温东传

应用TOGA-TAO实测海流资料(ADCP)和SODA同化海流和海温资料,分析探讨了赤道太平洋潜流的季节和年际变化特征,以及与赤道异常暖水东传的内在联系.揭示了El Nino事件中异常暖水东传的物理机制.结果表明,赤道太平洋潜流具有明显的季节变化和年际变化特征.潜流的垂直最大深度可由海表层至300~400 m,其多年平均最大流速可达100 cm/s.潜流最大中心的纬向变化位置基本维持在160°W-130°W之间.在年际变化中,赤道潜流变化特征非常明显,尤其是在El Nino事件发生过程中,赤道潜流出现明显的加强现象.其最大流速可达140 cm/s以上.在西太平洋暖池区域次表层暖水东传之前,位于中东太平洋次表层的赤道潜流就已出现加强,其最大流速中心沿温跃层不断加强和东移,“引导”来自西太平洋暖池区域次表层的异常暖水向东传播.因此,可以认为西太平洋暖池区域异常暖水的东传与赤道潜流的强度和东传存在密切关系,也就是说在El Nino事件中,赤道潜流的变化是导致西太平洋暖池区域次表层异常暖水东传的重要机制.     

南海北部MD12-3432站MIS 11期以来底栖有孔虫反映的古环境变化

南海具有典型边缘海特征,其北部陆坡由于具有高沉积速率的地层剖面,可以用于研究亚轨道尺度气候变化。本研究以南海北部陆坡下部MD12 3432柱状样(19°16.88′N,116°14.52′E,水深2 125 m)为主要研究材料,分析其粗组分百分含量、底栖有孔虫丰度和特定环境指示属种的百分含量与丰度,并结合相关研究结果,运用多指标综合分析,重建了南海北部陆坡MIS 11期(距今约40万年)以来的表层初级生产力和底层水溶解氧含量的演化情况。与之前研究不同,本研究发现MIS11期以来南海北部的古生产力在温暖的间冰期高、在寒冷的冰期低,且主要受控于东亚夏季风影响下低纬地区降水强度的变化。在MIS 7期和MIS 9期可能有较高溶解氧含量的底层水进入南海北部,导致在高生产力的暖期中,喜氧的低生产力指示种Cibicidoides wuellerstorfi丰度增加。     

Variability and Climate Effect of the Salinity in the Pacific Warm Pool-cold Tongue Confluence Region

This study focused on the warm pool-cold tongue confluence region (WCCR) in the central tropical Pacific Ocean where the warm and fresh water from the warm pool encounters with cold and saline water from the cold tongue. The WCCR is characterized by strong surface salinity front, shallow mixed layer and thick barrier layer. The WCCR is the key area for the development of different types of El Ni?o, and also the area with significant systematic bias in climate models. In order to reveal what role the structure and variability of salinity will play in the ocean dynamic and thermal conditions, and the cycle of the ENSO, a key project was approved by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) in July, 2017. The key scientific issues that will be addressed in the project are as follows: ①to depict the three-dimensional structure and variability of salinity in the WCCR; ②to reveal the mechanism for the variability of salinity front and barrier layer; and ③to illustrate the main processes that control the impact of salinity on the upper-ocean variation in the tropical Pacific and the cycle of the ENSO. The present study will improve our understanding of the tropical ocean dynamics and ENSO dynamics, and will enhance the prediction skill of the ENSO.     

末次盛冰期西太平洋海温差异对亚洲夏季风影响的数值模拟

文章利用Zhao等的模拟结果,进一步研究了在末次盛冰期(LGM)情景下汪品先和CLIMAP两种重建海洋表面温度(SST)资料差异对亚洲夏季风的影响。模拟结果表明:在LGM情景下西太平洋海域SST资料的不同对模拟的亚洲夏季风有着十分重要的作用。夏季,与CLGM方案相比,在WLGM方案中,当热带西太平洋SST较暖时,印度地区的大气热量出现显著增加,大气热量的这种变化,使得南非高压、南印度洋经向Hadley环流加强,伴随着索马里越赤道气流加强,也导致了印度季风区纬向季风环流的加强,从而造成了印度夏季风增强、降水增多;与较暖的热带西太平洋相对应,澳大利亚高压和120°E附近越赤道气流减弱,东亚季风区20°N以南经向季风环流加强、20°N以北经向季风环流减弱,指示着一个强的南海夏季风和较弱东亚副热带大陆夏季风。     

基于海洋分析资料的吕宋海峡水交换的月际变化特征

利用1993—2006年1~12月AIPO(The joining area of Asia and Indian-Pacific Ocean)流场数据,分析了吕宋海峡120°E断面水交换流速结构的平均月际变化特征,并计算了通过该断面的水通量,探讨了水通量及其垂向结构的月际和季节变化特征。结果表明:1在断面的南北方向,西向流和东向流分别大致以19.5°N和21.5°N线为界,二者交替相间分布,呈"两进(西向流入南海)两出(东向流出南海)"的结构;21.5°N以南的300 m以深和21.5°N以北的1 000 m以浅海域,常年存在南海水东向流入太平洋。2上层、深层和整个断面的净水通量几乎均为西向流,净水通量冬季最大,春季和秋季次之,夏季最小。中层除12月外,其他各月的净水通量均为东向流出南海,净水通量春季最大,夏季和秋季次之,冬季最小。3整个断面的净水通量,1~5月和8~11月呈"三明治"结构,6~7月呈2层结构;12月呈单层结构,年平均呈"三明治"结构。     

中国南海西北次海盆西北陆缘洋陆过渡区深水沉积体系特征

高分辨率二维地震资料显示中国南海西北次海盆西北陆缘（水深1 000 m及以下）发育如下深水沉积体系:珠江口盆地南部隆起区缓坡带（水深约1 000~1 500 m、坡度<1.2°）出露神狐南海山,该海山附近发育“海山相关等深流沉积体系”,可能受南海中层水循环（自西向东）底流控制;神狐南海山以南水深约1 500~2 500 m的陆坡区（坡度>2°）普遍发生坡移,发育“重力流滑塌体系”和“峡谷体系”,鲜见等深流沉积;下陆坡区（水深>2 500 m,坡度稍缓<2°）滑塌现象明显减少,主要发育“峡谷体系”以及“席状等深流沉积体系”,席状等深流沉积体系可能受分散的、流速较低的南海深层水循环底流控制。地震沉积记录显示,神狐南海山附近等深流侵蚀特征最早出现于晚中新世早期,其后至现今该区较稳定发育等深流沉积/侵蚀的加积序列,说明南海西北次海盆西北陆缘的稳定底流沉积/侵蚀可追溯至晚中新世早期。     

Chlorophyll modulation of mixed layer thermodynamics in a mixed-layer isopycnal General Circulation Model — An example from Arabian Sea and equatorial Pacific

Western tropical Indian Ocean, Arabian Sea, and the equatorial Pacific are known as regions of intense bio-chemical-physical interactions: the Arabian Sea has the largest phytoplankton bloom with seasonal signal, while the equatorial Pacific bloom is perennial with quasi-permanent upwelling. Here, we studied three dimensional ocean thermodynamics comparing recent ocean observation with ocean general circulation model (OPYC) experiment combined with remotely sensed chlorophyll pigment concentrations from the Coastal Zone Color Scanner (CZCS). Using solar radiation parameterization representing observations that a higher abundance of chlorophyll increases absorption of solar irradiance and heating rate in the upper ocean, we showed that the mixed layer thickness decreases more than they would be under clear water conditions. These changes in the model mixed layer were consistent with Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) observations during the 1994-1995 Arabian Sea experiment and epi-fluorescence microscopy (EFM) on samples collected during Equatorial Pacific Ocean Climate Study (EPOCS) in November, 1988. In the Arabian Sea, as the chlorophyll concentrations peak in October (3 mg/m³) after the summer plankton bloom induced by coastal upwelling, the chlorophyll induced biological heating enhanced the sea surface temperature (SST) by as much as 0.6‡C and sub-layer temperature decreases and sub-layer thickness increases. In the equatorial Pacific, modest concentrations of chlorophyll less than 0.3 mg/m³ is enough to introduce a meridional differential heating, which results in reducing the equatorial mixed layer thickness to more than 20 m. The anomalous meridional tilting of the mixed layer bottom enhances off equatorial westward geostrophic currents. Consequently, the equatorial undercurrent transports more water from west to east. We proposed that these numerical model experiments with use of satellite andin situ ocean observations are consistent under three dimensional ocean circulation theory combined with solar radiation transfer process.     

全球冰-海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量 ,与大气和海洋的相互作用 ,直接影响大气环流和海洋环流 ,对气候及其变化具有重要影响。文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用 ,改进冰海洋热力耦合方案 ,利用由中国科学院大气物理研究所的 30层海洋模式和基于Flato空化流体流变学的海冰动力模式和Hibler表面热收支平衡的零层海冰热力模式 ,建立全球冰海洋耦合模式。利用大气月平均气候资料 ,利用冰海洋耦合模式对全球海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析。模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近 ,比 2 0层冰海洋耦合模式的结果有显著改进。北半球海冰范围偏小 ,但季节变化的量值与实际相当一致。模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征 ,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等。对海冰密集度的分析表明 ,模拟结果得以改进原因在于改进的冰海洋热力耦合方案增强了融冰期冰海洋耦合系统海洋热通量增加—密集度减小—能量收支增加的正反馈机制。     

中全新世时期我国西南风气候季节演变的数值模拟结果分析

利用CCSM3海洋-大气耦合模式模拟结果,探讨了中全新世（6kaBP.）我国东部西南风气候的季节演变规律。结果表明,6kaBP.我国东部南风最早于1月出现在 20°～25°N区域,此后逐渐增强,到秋季转为北风。随着南风强度从春季到夏季的强化,南风同时向北和向南扩展。我国东部西风于1月出现在 23°～34°N,之后也逐渐加强,并于 6～8月发生北跳,9月开始转为东风。这些特征与当今西南风爆发进程相类似,不过也存在一些显著差异,尤其是在夏季。与当今气候相比,6kaBP.强南风建立时间偏晚,夏季我国东部西南风强度偏强,南风向北扩展更明显。这与6kaBP.东亚大陆和西太平洋之间更大的热力差异以及西南涡和西太平副热带高压的加强有关。研究还表明6kaBP.西南风异常可进一步导致我国东部夏季降水增加和雨带偏北。