海州湾区水环境的尺度分析

尺度分析方法能简化数学问题,从复杂的运动现象中滤除次要因子,从而确定主要运动因子。通过对海州湾区域的一些运动学和动力学特征进行尺度分析,得出海州湾区的环流是小尺度环流,运动方程中,平均运动的垂向非线性项和垂向摩擦力项是最重要的两项,其次是压力项与科氏力项。这明显不同于大洋,其平均运动的非线性项及摩擦力项是可以忽略的小量。     

深刻认识物理海洋学

迄今为止,我们在如下领或中尚存在认识上的差距:1.海洋表层温度大尺度变化的物理学实质,这些变化与大洋环流和大气过程变化特点的关系,对于大气和海一气间大尺度相互作用的反馈;2.海洋1500-2000米表层水团水平环流与大洋深层水环流之间的联系;3.海洋深处垂直环流的细微结构;4.所有天然尺度(从几百公里到几百米)的海洋涡旋在起源及其动力学方面的差别;5.多种天气尺度涡量的特别《长生》的物理学原因:6.确定天气尺度涡量缓和的独特过程;7.确定海洋长期存在的急剧变化的温跃锋面的准稳定锋面的动力学。8.海洋锋面的三维结构;9.决定海洋锋面出现不稳定性时的诸动力要素;10.组成     

区域海洋模式中的开边界问题

因研究对象不同,目前的海洋环流模式常分为全球模式和海盆尺度(区域)模式,各个模式考虑的物理过程、参数化方法、数值解法和分辨率都不尽相同,因此不同模式的计算结果存在差异,尤其区域尺度上的差异更为明显,这就对发展区域性的海盆尺度环流模式提出了要求.海盆尺度模式可以使用更高的分辨率,考虑更精细的物理和生化过程,从而对区域的刻画更为准确和真实,而且,在碳循环的研究中,陆架边缘海碳循环是新的研究热点,这也需要进一步发展海盆尺度的碳循环模式.另外从计算方面来说,限于目前的计算条件,在未来很长时间内海盆尺度碳循环模式都将与全球模式同时存在并互为补充.     

南海海洋动力过程观测与模拟研究进展

主要从动力学角度回顾了近年来与南海环流有关的南海物理海洋学调查与模拟研究的进展。目前,对南海上层海洋海盆和次海盆尺度季节性环流的基本模态已经有了比较一致的认识,对特定区域中尺度的环流特征也达成共识。已有的观测和数值模拟研究工作在以下几个方面取得了很大的进展：研究南海准定常涡旋的空间分布,获得其时间演化的主要特征及影响其形成和演化的可能因素;研究行星波动在南海环流建立与调整过程中的作用,获得南海低阶行星波动的速度场分布以及南海环流建立与调整的典型时间尺度;分析并讨论南海与其周边海域,尤其是与西太平洋海域水交换的形式及其影响因素,初步了解海峡水交换的季节差异及其水平和垂向结构,提出黑潮入侵南海的几种形式。未来南海环流的研究方向将扩展到能量学机制方面,并包括热量、动能、动量和涡度等物理量的多时空尺度迁移。     

南海中尺度海洋现象研究概述

南海是一个地形复杂的半封闭海盆，受季风，黑潮等因素的作用南海呈现独特的中尺度变异特征，一些中尺度信号的强度可以和南海定常环流的强度相比拟，甚至更强，本文回顾了近20a来南海中尺度海洋现象研究的进展，并就南海的黑潮入侵，黑潮涡环，次海盆尺度多涡环流，浅海亚潮波动，近岸陷波，海洋锋等中尺度现象做若干探讨。     

南海相对涡度的时空变化特征分析

本文使用2014—2017年间逐日平均的法国Mercator中心全球高分辨率海洋数据集PSY4,探讨南海海域相对涡度与海盆尺度环流的时空变化特征。依照涡度的年平均剖面,在垂向上将南海分为:涡度为正的上层、涡度为负的中层和涡度为正的深层,对应了南海海盆尺度的"气旋式-反气旋式-气旋式"垂向环流。最为显著的相对涡度季节变化出现在南海的上层,最大冬、夏季差异达6.3×10~(-7) s~(-1),为该层内年平均相对涡度值1.7×10~(-7) s~(-1)的3.7倍。在该层的内部,依照季节变化的幅度大小可以进一步划分为3个子层,其中季节变化幅度最大的为上200 m层。在中、深层,深度积分的涡度与海盆尺度环流分别具有"冬强夏弱"和"冬弱夏强"的季节变化特征,而涡度的年际差异可以与季节差异同等重要;逐月的涡度时间序列与吕宋海峡不同断面的水通量变化具有统计相关。     

南海环流多尺度动力过程演变特征与机制研究进展

作为西太平洋最大的边缘热带海盆,南海具有季节性海盆尺度风生环流特性,具有越东偶极子、南海西边界流、黑潮入侵分支等主流系（空间尺度＞100 km）,也具有丰富的中尺度涡旋、锋面、上升流等中尺度过程（空间尺度约为O（10～100 km））和活跃的亚中尺度过程（O（1～10 km））等,而这些多尺度运动之间的能量转化是全球海洋能量循环的主要组成部分。本文主要概述了南海贯穿流特征、南海陆架陆坡流和西边界流特征、主流系对中尺度涡旋的影响、（亚）中尺度对湍流混合的影响四个方面取得的研究进展。目前的研究已发现主流系主要通过斜压不稳定将能量传递给中尺度过程,中尺度涡旋能量主要通过正压不稳定、剪切不稳定等过程将能量传递给小尺度过程。但是,多尺度运动之间能量传递过程的观测、南海中小尺度过程的能量逆级串过程及其对局地天气与气候的影响仍需进一步研究。     

盛夏南海的水文与环流特征: 2000年8月航次再探

在国家重点基础研究发展规划的支持下,2000年8月在南海组织了1次多船同步海洋学调查,是迄今为止盛夏期间唯一一次全海盆准同步水文观测。航次间遭遇的多种困难虽被及时化解,然而观测数据的质量已受影响。此前虽已有若干相关研究发表,但未见对观测数据进行质量控制和全面的分析。本文在对CTD和ADCP原始数据仔细校正的基础上,分析和讨论了盛夏期间南海海盆的水文和环流特征,冀留下尽可能完整的记录。分析表明,盛夏期间以海盆SW?NE向轴线为界,南海展现出不同的物理特征。轴线东南受季节性反气旋环流控制,其中次海盆尺度的南沙反气旋环流尤其强大;轴线西北则受各种中尺度现象支配,未见明显的大尺度环流结构。研究证实南沙反气旋环流的水平尺度超过400 km,垂直尺度达近千米,最大流速近1 m/s, 是夏季南海最突出的环流特征,但发现其位置和强度存在显著的年际变化。研究并发现,不同于以往的认识,观测期间民都洛海峡交换呈“三明治”结构,表明随强迫条件变化,民都洛海峡交换可出现不同模态。     

大洋环流的刚盖模式与自由表面模式的比较(英文)

首先从海洋原始方程组出发，讨论了刚盖模式（RL）与自由表面模式（FF）的闭合方程组的异同；在包括海底地形的同一模式海盆中，在相同外力──定常的海面风应力和加热场──强迫下，使用这两种模式分别进行了大洋环流的数值模拟。由于选用了适当的初值、运用了时间步长调整技术等，从而加快了模拟速度，节省了CPU时间。对此两模式的结果本文进行了详细比较，尤以流函数、水位、上层温度及垂直速度作为讨论的重点。比较结果证实：使用这两个模式模拟出的大洋环流的各种物理量是一致的。另外，又从大洋环流形成机制上对此一致性作了进一步讨论。最后对这两种模式进行了评价。     

盛夏南海的水文与环流特征:2000年8月航次再探

在国家重点基础研究发展规划的支持下,2000年8月在南海组织了1次多船同步海洋学调查,是迄今为止盛夏期间唯一一次全海盆准同步水文观测。航次间遭遇的多种困难虽被及时化解,然而观测数据的质量已受影响。此前虽已有若干相关研究发表,但未见对观测数据进行质量控制和全面的分析。本文在对CTD和ADCP原始数据仔细校正的基础上,分析和讨论了盛夏期间南海海盆的水文和环流特征,冀留下尽可能完整的记录。分析表明,盛夏期间以海盆SW-NE向轴线为界,南海展现出不同的物理特征。轴线东南受季节性反气旋环流控制,其中次海盆尺度的南沙反气旋环流尤其强大;轴线西北则受各种中尺度现象支配,未见明显的大尺度环流结构。研究证实南沙反气旋环流的水平尺度超过400 km,垂直尺度达近千米,最大流速近1 m/s,是夏季南海最突出的环流特征,但发现其位置和强度存在显著的年际变化。研究并发现,不同于以往的认识,观测期间民都洛海峡交换呈"三明治"结构,表明随强迫条件变化,民都洛海峡交换可出现不同模态。     

威德尔海的地形地貌特征及主控因素

威德尔海是南极洲最大的边缘海,南侧毗邻菲尔希纳冰架和龙尼冰架,西侧紧邻南极半岛,东侧可到科兹地一线,北部面向开阔大洋.开展威德尔海的研究工作,对于认识整个南极的构造史、南极环流的发展史和现代气候的演变史有着重要意义.本研究通过卫星测高数据获取了威德尔海区域的水深地形,分析结果表明威德尔海的南侧和西侧呈现出陆架、陆坡、深海平原的典型地形变化特征.根据地形变化初步划分出威德尔海的陆架、陆坡、深海平原、海沟、海脊、海槽与海底高原等地貌类型.威德尔海的中部偏东侧主要分布着深海平原,往北侧受海沟阻隔,地形变化较为复杂.海底高原是南极半岛往东北延伸的水下部分,其间隔形成了鲍威尔海盆、简海盆等水深3 000 m左右的海盆,与4 000~5 000 m的深海平原形成明显的水下阶地形态.深海平原的东北侧海域分布着脊槽相间的地形,以"鲱骨式结构"、海沟等构造地貌类型为主.威德尔海西侧洋陆边界转换带控制了陆架的延伸位置,而东南侧陆架宽度被"发现陡崖"等构造地貌控制.威德尔海的地形地貌特征主要受构造作用控制,同时冰川沉积物的输送在后期对地貌的演变有着一定的影响.     

热带太平洋10月份海气联合复EOF分析

利用复EOF分析,将热带太平洋10月份的大气环流风场和大洋上层环流场作为一个整体,对其作了动力统计诊断,用以考察热带太平洋10月份大气大洋耦合环流的年际和年代际变化,并揭示其与厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)的关系。结果表明:在同一模态中,海洋模态表现出很强的赤道陷度特征,而大气风场则无此现象;第一模态与ENSO循环有密切关系,揭示了Walker环流异常;第一模态的垂直运动风场反映了热带太平洋赤道辐合带和南太平洋辐合带上垂直运动的异常;第二模态偏差风场的经向分量大于第一模态,反映了Hadley环流的异常;第二模态与ENSO循环有联系,但关系不如第一模态那样密切。     

全球气候变化下海洋环流多尺度演变：联动协同与环境生态效应初探

海洋环流是海洋系统物质能量收支、配置、平衡、维持和变化的关键通道与机制。从全球海洋视角,基于目前海洋环流多变率动力过程与趋势演变的认知,重点综述气候变化下海洋环流的海盆尺度三维联动特征机制、洋际交换与协同、世界大洋经向输运变化以及相关的海洋气候与环境生态效应,依据研究现状和需求,提出研究建议。结果表明：全球一致性变暖路径与进程调控下,受驱动因子的演变与胁迫,海洋环流变化对副热带中高纬地区年际、年代际气候与环境变迁具有突出作用影响,并可产生显著环境生态效应和严重致灾风险。建议加大专精特新观测仪器自主研发,通过国际合作加大中高纬海洋环流多尺度动力过程综合调查的参与度和主导性,增强多学科融合交叉研究力度,有效提升深层次海洋环流变异及动力、环境、生态灾害影响的气候变化综合风险预测预评估和防治能力,为海洋领域能源开发、生态系统保护、气候变化应对与灾害风险治理提供必要的动力学参考。     

2001年冬春转换期间南海东北部水文和环流特征

根据2001年3月份南海东北部航次调查温、盐资料,分析了2001年冬末春初南海东北部温、盐结构和环流的特征.分析结果表明:观测期间南海东北部环流主要受一次海盆尺度气旋型冷环流支配,冷环流呈现双核结构,垂向尺度接近1000 m.吕宋海峡内侧断面的水交换在600 m以浅海水流入南海,在断面南部(20°N以南)中层和深层有流出,断面法向地转流向西净输运量为6.9×106m3/s;直接的黑潮入侵不超过120.5°E,但有部分的黑潮水沿陆坡达到台湾岛西南部海域,并更有一部分逸入东沙岛以西海域,与南海水混合变性.     

菲律宾海盆深层温盐结构与环流变化特征研究

基于ECCO2 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean)、 GLORYS12V1 (Global Ocean Reanalysis and Simulations)、ORA-S5 (Ocean ReAnalysis)三种海洋再分析数据,对比研究了菲律宾海盆深层温盐及环流的季节和年际变化特征。结果表明:三种数据显示的海盆深层温盐季节变化特征基本一致,在3 000～4 000 m水深区域,海水呈春夏两季高温低盐而秋冬季低温高盐特性,4 000 m以下海水温盐季节变化很小;沿西边界,温度与内部有明显差异且季节变化幅度相对较大。沿西边界的输运季节变化特征表现为10月至次年4月输运向南,5—9月输运向北,并且在8月份达最大值;表明存在沿西边界的流动,即菲律宾海盆与南端西卡罗林海盆(West Caroline Basin)之间存在季节性水体交换。海盆深层海水温盐年际变化也十分显著,但不同数据显示的变化特征存在较大差异。EOF和相关分析显示,三种再分析数据的深层位温与ENSO均存在一定相关性,ECCO2的深层位温变化与ENSO的相关性最强。由于长期观测数据较少,再分析数据的结果难以验证,因此目前对年际变化特征的研究仍具有很大的不确定性。     

局地混合率变化对热带太平洋SST的影响

利用1个等密度面坐标大洋环流模式,研究了热带太平洋地区局地混合率变化对局地海表面温度的影响.研究表明,局地混合率的变化对热带中-东部地区以及海盆东边界处的海表面温度影响较强,而对海盆西部的海表面温度影响较弱,这些影响主要与局地温跃层的深度有关,此外海洋表层与温跃层的温度差等也会对局地海表面温度产生影响.     

缓变风场驱动下正压环流中的多涡结构

利用正压涡度方程，研究了缓变风场驱动下水平尺度1000km平底方形海盆中海洋环流的响应。结果表明，缓变风场驱动下海洋环流的响应是多涡型的，线性情形下多涡结构表现为共振受迫Rossby波；非线性情形下受迫Rossby波被扭曲，多涡结构是由受迫Rossby波和次海盆尺度的惯性再循环共同构成。无论是稳定风场还是缓变风场，非线性作用越强，环流越趋于不稳定；非线性作用强且水平耗散作用弱时，非线性不稳定过程可能完全掩盖了变化的风旋度向海盆涡度输人的影响，此时风的变化对环流型式不再重要。     

1998年南海夏季风爆发前环流的三维海流诊断计算的研究

基于1998年南海夏季风爆发前航次(4月22日至5月24日)获得的水文资料和NCEP提供的风场资料,采用三维海流诊断模式计算南海环流,结合同时期高度计资料T/P推得的水位高度距平分布,获得了一致的南海环流的流态,主要环流特性概括如下:(1)黑潮入侵南海较弱,黑潮的大部分绕过吕宋海峡作反气旋弯曲,向东北方向流向台湾以东,但小部分在300m以浅向西入侵,并局限于中国大陆以南较狭窄的陆架坡内,不扩展到所有的西边界,这与Qu的观点一致.(2)南海北部环流,在300m以浅主要由海盆尺度的气旋环流支配,它以两个气旋式涡C1与C2为核心组成.在300m以深,南海北部环流被反气旋环流以暖涡W4为核心分离成两个尺度不大、分别以气旋涡C2和C3为核心的环流.冬季时海盆尺度气旋式环流的范围比4~5月大得多.(3)南海中部环流,主要由海盆尺度的反气旋环流支配.在300m以浅海盆尺度的反气旋式环流分别以暖涡W1,W2和W3为核心组成.在反气旋式涡W1东南存在一个以C1为核心气旋式环流.但在300m以深,海盆尺度的反气旋环流分别以暖涡W1,W2和W4为核心组成,并向北扩展到20°N.(4)在越南以东近岸存在一支较强的沿岸北向流,其强度比6月时沿岸的北向流强.这支较强的北向的沿岸流一直可达17°15'N附近,比6月时更往北大约3°15'.(5)产生1998年4~5月南海环流的动力机制有两个:最重要的动力因子为斜压场与地形相互作用项,其次为东南风作用下风应力与地形相互作用项.Sverdrup关系在南海环流不满足.     

海表Ekman流不稳定性致新型次级环流

海洋上混合层中的次级环流可通过物质和能量的垂直输运和混合过程把海洋表层的热量、动量与物质携带到次表层,对海洋上层次级环流生成机制的研究可以丰富对上层海洋的理解和认识。文中利用线性稳定性理论讨论了经典海表Ekman流的不稳定性,提出Ekman流的不稳定性可生成一种新型的次级环流。这种次级环流的空间尺度与雷诺数、Ekman流的垂向衰减速率、水平湍黏性系数与垂向湍黏性系数比值等密切相关,尺度范围从数十米到数千米。数十米量级的次级环流其垂向结构以及次级环流流轴与主流场偏角都与Langmuir环流的特征极为相似,是Langmuir环流形成机制的一种新解释。千米量级的次级环流能够解释黄海浒苔的条带分布。此外,所得次级环流的流轴与主流之间的偏角与科氏力有显著关系,北半球次级环流流轴偏向主流左侧,南半球反之。     

黑海西北部涡旋与环流对跨陆架水交换的影响

涡旋对海洋中的能量传递和物质交换有重要作用。黑海西北部陆坡边缘是长生命周期涡旋经常发生的海域,但涡旋引起的陆架和海盆之间水交换通量的季节性特征,以及海盆边缘环流对跨陆架水交换的作用等方面的研究还不是很充分。本文对黑海西北部陆架区与深海盆区间的跨陆架水交换进行了研究,利用高分辨率三维原始方程模式模拟的温、盐、流等资料,结合涡旋自动探测方法,统计了黑海西北部海域的涡旋活动,研究了涡致跨陆架水交换的季节性特征,计算对比了2002年到2010年间海盆边缘环流与涡旋对跨陆架水交换通量的各自贡献。结果表明:黑海西北部地区海盆边缘环流强度与跨陆架进、出通量的相关系数分别为0.57和0.67,海盆边缘环流位置与跨陆架交换量的相关系数为0.52;海盆边缘环流强度与位置的季节性变化导致了黑海西北部跨陆架通量的季节性变化。黑海西北部地区表层3月到8月之间涡旋所引起跨陆架交换量约占了跨陆架交换总量的16%~31%;涡致跨陆架通量也具有季节性特征。文中对单个涡旋进行了详细研究:2005年5月5日到2005年7月20日之间在黑海西北部存在一个直径最大值时达到120 km的反气旋式涡旋,涡旋存在期间完成了从陆架区向深海区的水体传输,相当于黑海西北陆架区水体积的30.9%。