基于Argo数据的吕宋海峡东部海域的会聚区特征分析

利用2010-2013年的Argo浮标观测资料,对吕宋海峡东部海域(19°~23°N,123~127°E)的会聚区特征进行综合分析。研究结果如下:(1)吕宋海峡东部海域4个季节表面的声速从大至小依次为夏季、秋季、春季和冬季,夏季最大为1 543.5m/s,冬季最小为1 533.4m/s;混合层深度从大到小依次为冬季、秋季、春季和夏季;(2)采用WOA13气候态数据对声速剖面进行深海延拓,获得全海深的声速剖面,分析4个季节的声道特征。声道轴深度和声速较为稳定,声道轴深度在1 000~1 040m之间,声道轴处的声速为1 482m/s,4个季节的平均声道厚度都超过4 500m,利于会聚区形成;(3)研究区较易发生会聚现象,发生会聚现象概率高于50%的占70.6%;会聚现象的发生概率季节变化明显,春季、冬季极易发生声场的会聚现象,夏季最小;(4)运用RAMGeo声场模型对研究区4个季节的声传播损失进行仿真,分析会聚区的季节变化特征。当声源深度100m,接收深度10m时,第一会聚区,离声源的距离在61~64km左右,夏季离声源最近,春、冬季较远;会聚区宽度上,夏季最宽为10km,春季最窄为4.6km;会聚区增益分布特点与会聚区宽度刚好相反,春季最大为14.6dB,夏季最小为8.5dB。     

基于WOA13数据的南大西洋声波导诊断分析

应用WOA13季节平均数据和BELLHOP模型,在季节、声源频率等因素确定的情况下,在分析南大西洋1—3月声速场,划分声速剖面类型和海区的基础上,研究5 m深度声源的声波导情况。声速剖面类型Ⅰ和类型Ⅱ均可形成汇聚区声波导,首先应考虑表层声速值的影响,其次应考虑声道轴深度的影响,且总体上,汇聚区声波导跨度由低纬度向高纬度递减,并根据表层声速值和反转深度的不同,给出了汇聚区的跨度范围。声速剖面类型Ⅲ的声传播形式则为表面声波导。同时,分析了不同声速剖面类型在传播损失上的异同。     

基于WOA13数据的海区位置对北大西洋声波导影响分析

应用WOA13季节平均数据和BELLHOP模型,在季节、声源频率等因素确定的情况下,分10 m表面声源和250 m水下声源,分析北大西洋冬季东、西部海区的声波导情况。在给出不同海区位置的声速场和声波导具体信息的基础上,研究其规律:最小声速值和声道轴深度由直布罗陀海峡向外递减扩散,表层声速值和声速梯度由南向北递减,声跃层存在于低纬度海区,混合层在低纬度通常在100 m以内,在高纬度增加至100 m以上。10 m深度表面声源的汇聚区反转深度随纬度增加逐渐减少,西部海区深于东部海区;西部海区的汇聚区跨度大于东部海区,东西部跨度最大值出现在25°N和15°N,传播损失基本一致。250 m水下声源的汇聚区反转深度浅于10 m深度表面声源时,同样是西部海区大于东部海区,汇聚区跨度呈低-高-低规律,东西部跨度最大值出现在35°N和25°N;东部海区25°N以南、西部海区15°N以南,不同接收深度上的传播损失差异较大,以北差异较小。同时简要叙述了声影区对目标探测的影响。     

西北太平洋副热带模态水形成区声传播特性分析

利用Argo剖面数据和水声学数值模型,分析了西北太平洋副热带模态水(STMW)形成区因季节性环境差异所引起的水声传播变化特征。声场计算结果表明,STMW形成区域的声传播为近表层波导与会聚区的复合形式,其中会聚区终年存在,表面波导在秋、冬两季混合层加深的环境条件下出现,次表层波导在夏季STMW潜沉的环境条件下出现。上层海洋中两类不同形式的波导使表层和次表层的声能分布呈反相变化,波导内与波导外的声能差异可达10~15dB(声波频率为1 000Hz)。STMW的季节性变化还会引起会聚区的位置差异,具体情况与声源深度有关。声源在20m时,夏季会聚区距离最远,秋季、春季次之,冬季最近,夏季和冬季相差6.6km;声源在150m时,夏季会聚区距离缩短了3.1km,其他季节变化不大。     

基于WOA13数据的北大西洋声传播分析

应用WOA13季节平均数据和BELLHOP模型,在季节、声源频率、声源深度和掠射角等因素确定的情况下,分析北大西洋冬季(1-3月)声道轴深度、最小声速值、表层声速值的分布,通过仿真计算研究选用位置点5 m深度声源的声传播规律:反转深度随纬度升高而降低,低纬度海岭东西两侧差别不大,15°N以北为西侧大于东侧。55°N以南海区可形成汇聚区波导,海岭西侧的汇聚区跨度大于海岭东侧,有混合层时还存在一定强度的表面波导,汇聚区处5 m、100 m和250 m接收深度上的传播损失差异较小,增益为7～19 dB,55°N以北海区则为有焦散结构的表面波导。以北大西洋35°N为界,以南以汇聚区波导探测有利,以北以表面波导探测有利。     

西太平洋夏季三类声速环境下的会聚区特性比较

利用Argo剖面数据和水声学数值模型,分析了西太平洋夏季在热带海区(I型)、亚热带南部海区(II型)和亚热带北部海区(III型)三类典型声速环境下的会聚区特性。声场计算结果表明,声速环境的区域性差异及声源深度的变化对会聚区声场特性有明显影响。当声源深度为20m时,热带海区会聚区距离较远,第一会聚区约为65km,超出亚热带海区约5km;当声源深度为200m时,亚热带北部海区会聚区距离较远,第一会聚区约为60km,亚热带南部海区、热带海区依次递减约5km。I型和III型剖面在特定的声源深度条件下出现波导型声场,当声源位于表层时热带海区产生表面波导,当声源位于次表层时亚热带北部海区产生次表层波导,对于1kHz的声波,波导深度范围内的传播损失比波导深度以外高出10~20dB。     

对马海流温盐锋的时空变化特征及其附近声场的初步分析

通过对WOA13数据库季节平均数据的分析依次得到锋区内0~1 000 m各层锋轴线的位置,对马海流锋轴线位置由表层的40°N附近随深度增加逐渐南移到39°N附近且位置的季节摆动幅度增大.利用绝对梯度方法对温度锋强度与盐度锋强度的水平分布及垂直变化进行了分析;对比了四季锋强度的差异以及差异比率,得到了不同深度不同季节锋强度强弱分布的规律.对比声速穿过锋线时的差异认为表面声速从南到北逐渐减小,锋轴线南北两侧声速差异主要集中在150 m以内,且随深度增加声速差异减小.此外,还运用BELLHOP模型对锋区内700 m以浅的声道特点以及声传播损失进行了简单分析.     

台风“天秤”对两种深海声道下声传播的影响

将Argo浮标资料与卫星遥感再分析数据相结合,调用基于抛物方程算法的RAM(Range-dependent Acoustic Model)模型,研究了2012年第14号台风“天秤”对不完整深海声道(3 000 m)和完整深海声道(5 500 m)两种水深条件下声传播特性的影响。结果显示:台风对海水的影响局限于表层水体,具体为混合层加厚,混合层内温度梯度接近于零,声速在混合层内正梯度分布;混合层下方一定深度的水体增温,相应的声速也增大。声源在混合层内时,主要对海表层的声传播产生影响,两种水深条件下均出现表面波导声传播模式以及泄漏模式。声源在混合层以下时,不完整深海声道条件下台风使得会聚区向着声源方向靠近;完整深海声道条件下台风对会聚区的位置影响不明显,但声波的翻转深度增加近500 m。     

深海声速剖面结构变化对会聚区偏移特性的影响分析

应用分层声速剖面模型(LSSPM)和BELLHOP高斯束声场计算模型,对深海声速剖面结构变化引起的会聚区偏移特性进行了分析.结果表明,声速值的整体变化对会聚区影响很小,而混合层、主跃层、深海等温层及声道轴的变化都会使会聚区位置出现不同程度的偏移.主跃层是上层海洋变化的主要体现,混合层变化对会聚区的影响也是通过改变主跃层的形态结构实现的,跃层强度的增大使会聚区向远离声源方向偏移.深海等温层的声速变化体现了深海水团的结构差异,与主跃层引起的会聚区偏移呈反相变化.声道轴附近的声速变化体现了不同类型中层水团侵入和混合的影响,所引起的会聚区偏移反映了声道轴上层与下层梯度变化的综合效应,声速最小值的增加使会聚区向远离声源方向偏移.     

深海主跃层环境对会聚区影响的数值分析

应用BELLHOP模式,对声速剖面的声跃层结构变化引起会聚区偏移特征进行了分析。结果表明,声速垂直结构的变化可导致会聚区位置出现不同程度的偏移:跃层强度增加0.01 s-1将使会聚区向远离声源方向偏移1.5~2.0km;跃层厚度增大50m将使会聚区向靠近声源方向偏移0.3~0.5km;跃层位置加深100m将使会聚区向远离声源方向偏移0.5~1.0km。在跃层的三个特征量中,跃层强度起主导作用。跃层强度变化引起的声线在海洋次表层的偏折差异,进而导致进入深海等温层的入射角差异,是使会聚区发生偏移的决定性因素。     

南海北部声散射季节变化

声散射是重要的声学现象,海洋水体产生的高频声散射信号既可用于开展多种目的的声学海洋学研究,也可能对水下声学设备产生干扰,而海洋水体背景声散射具有显著的时空变异特征,因此针对特定海区开展声散射时变观测具有重要意义。本文利用在南海北部布放的锚系系统所搭载的声学多普勒流速剖面仪,获取了覆盖4个季节的累计约80 d的声散射数据,数据包括75 kHz和300 kHz两个频段,观测水深几乎覆盖了从海面到约600 m水深的整个水体。结果表明,水体在垂向上分布着上散射层和深散射层2个主要散射层。上散射层分布深度在冬夏较浅,位于约100 m以浅,在春秋较深,位于约200 m以浅;深散射层分布深度同样为冬季最浅,位于约300 m以深,但夏季则最深,位于约400 m以深。因此,两散射层的距离在夏季最远,在春秋最近。2个散射层的声散射强度（Sv）同样具有明显的季节变化,上散射层散射强度夏秋较强而春冬较弱,深散射层则正好相反。     

Seasonal variations of sound speed in the Arabian Gulf

Sound-speed computations from CTD casts in the Arabian Gulf during 1992, reveal spatial and temporal variations in acoustic properties. Hydrographic conditions affecting sound speed propagation were seasonally investigated. A monotonic decrease in sound speed profiles with depth was commonly observed at almost all the stations in the Gulf. However, an exception occurred at Hormuz strait during winter. The water exchange pattern between the Gulf of Oman and the Arabian Gulf seems to influence the sound-speed structure, especially in the southern part of the latter. Winter profiles along the Gulf axis showed almost vertically homogenous sound speed. Maximum speeds are observed in summer, with a strong gradient associated with the development of the summer thermocline layer. Horizontal distributions in both winter and summer show a decreasing trend in sound speed from the Strait of Hormuz to the head of the Gulf. The resultant profiles provide a more comprehensive and reliable data set than any that have been reported in the literature. Shallowness and multiple refraction and reflection in the Arabian Gulf may cause sound speed energy to be trapped. No sound channel was detected inside the Gulf. A correlation analysis shows that sound speed is closely correlated with temperature throughout the Gulf, except in winter in the southern half where salinity effects, as a result of inversion and water exchange at the entrance, are found to be dominant.     

2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化及形成机理

利用调查数据及遥感数据揭示了2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化特征,温跃层上界深度平均值春、夏、冬季基本一致,介于45~47 m之间,秋季最大,达60 m;温跃层厚度平均值夏、秋、冬季基本一致,介于85~87 m之间,春季相对较小,为78 m。温跃层强度平均值春、夏、秋、冬季几乎一致,介于0.13~0.15℃/m之间。调查海域温跃层上界深度季节变化的形成机理为:春季西深东浅的原因是西部受净热通量较小、大风速、负的风应力旋度以及中南半岛东部外海的中尺度暖涡和反气旋环流共同作用,东部近岸海域净热通量高值、风速相对较小及风应力旋度引起的Ekman抽吸效应共同控制;夏季深度分布较均匀的原因是10°N以北风致涡动混合强但受Ekman抽吸影响,10°N以南风致涡动混合弱但风应力旋度为负值;秋季深度较其他季节平均加深15 m的原因是南沙群岛海域被暖涡占据,暖涡引起的反气旋式环流使得温跃层上界深度被海水辐聚下压;冬季正的风应力旋度产生的Ekman抽吸和冷涡引起的气旋式环流共同作用,使得温跃层上界深度较秋季平均抬升15 m。     

Interannual variations in the components of heat budget in the upper layer of the North Atlantic in different seasons

Seasonal variability of interannual fluctuations of the heat balance components of the upper quasi-homogeneous ocean layer (UQL) in the North Atlantic is analyzed by processing the reanalysis data set for the period of 1959–2011. It is shown that interannual variations in the components of the UQL heat budget are characterized by pronounced regional features in all seasons. In the tropics and subtropics, heat balance is quasistationary and is determined by the nonlocal processes, such as heat advection and horizontal mixing. In the subpolar latitudes, nonstationarity (in the spring) and heat fluxes at the UQL boundary (in the autumn and in the winter) are also important. A major role in the interannual variability of the UQL temperature in the vicinity of jet currents of the Gulf Stream type is played in all seasons by the fluctuations of horizontal heat advection. However, the contribution of interannual fluctuations of the individual components of the heat budget to variability of the UQL temperature varies considerably in different seasons. The interannual fluctuations of the local variation in the UQL temperature are characterized by the largest variability in the spring and the lowest one in the autumn. The greatest contribution of the variations in the horizontal heat advection to the change in the UQL temperature at the interannual scale is recorded in the winter, and the lowest one is in the summer. The contribution of the interannual variations in the heat fluxes at the UQL upper boundary to the variability of the UQL temperature is the highest in the summer and the lowest in the autumn. Fluctuations of the heat fluxes at the UQL lower boundary do not have a significant impact on the interannual variations in the UQL temperature for the whole water area. The exception is small areas in the region of the formation of the North Atlantic deep water in the autumn–winter period and in the vicinity of the Equatorial Counter Current in the spring–summer period.     

浙南近岸海流季节变化特征

为了揭示浙南海流特征及其季节和垂向变化规律,于2006—2007年在浙南岸外一固定点(平均水深约32m)利用ADP潜标进行了春、夏、秋、冬季4次多个潮周期分层海流流速流向观测。结果表明:(1)测点最大流速为148.9cm/s,相应流向为75°,出现在春季表层大潮落潮阶段;垂向平均最大流速为106.2cm/s,平均流向为81°,出现在夏季大潮落潮落急阶段。(2)剖面各层流速垂向差异明显,表层流速(28m层以上)受海况影响明显,秋季平均流速最大(65.4cm/s),冬季最小(42.8cm/s),20~28m层冬季最强,春季最弱,20m层以下夏季最强,秋季最弱(仅小潮);垂线平均流速夏季最强(46.5cm/s),春季最小(33.7cm/s)。(3)夏季海流基本上为(偏)北向流;秋、冬则基本上为(偏)南向流;春季具往复流特点,但以北向流为主。(4)垂向上夏季和春季流向较一致,冬季和秋季流向分异明显(20m和10m层)。(5)垂线平均余流为12.8~29.8cm/s,夏季最强春季最弱;夏季和春季各层余流均为东北向,冬季为西南向,而秋季11m层(包括11m层)以下为E-NEE向,11m层以上为西南向。结论:测点海流受到潮汐、季风和台湾暖流的共同制约。季风的影响夏、冬两季大于春、秋两季;季风的影响自表层向底层减弱(主要限于表层以下10m)。     

菲律宾海的声速剖面结构特征及季节性变化

应用Argo资料研究了菲律宾海的声速剖面结构特征。通过统计分析选取了合理的跃层标准，分析了主跃层、季节性跃层和表面正梯度层的区域性分布及季节性变化。结果表明，菲律宾海主要受赤道流系和北太平洋西边界流系的支配，其环流结构和水团配置对声场结构影响很大；主跃层的经向差异显著，但季节性变化较小，其平均位置由南向北逐渐加深，强度逐渐减弱；季节性跃层的分布及变化主要受混合层的季节性变化以及北部海区冬季温跃层通风过程的影响，夏季较强较厚，冬季较弱较薄；深海声道轴季节性变化较小，南极中层水和北太平洋中层水的温盐差异是其经向分布差异的主要原因。综合考虑海区声速结构区域性和季节性特征，将其归纳为6种典型结构，得出了各类声速剖面的模态特征及垂直结构参数的统计特征值。