东中国海环流的一种模型 Ⅰ、冬季环流的数值模拟

绪言 东中国海环流是控制本海区水文气象状况的最重要因子。但至今尚无完整的动力学理论分析,这是因为对产生该海区环流的主要因子了解不够,加之它岸形复杂,水深变化很大,难以用一个解析模式将全海区概括起来。目前在黑潮深水区进行了一些动力计算,得到较好的结果,但在近岸浅水区由于零面选取上的困难,动力计算方法无法使用。因此,利用数值模式来模拟全海区的环流成为研究东中国海环流的重要途径之     

沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的数值研究 Ⅰ.环流的基本特征

为了揭示沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的分布特征和变化规律，利用三维斜压流体动力学模型，对具有岸界坡度变化、河流入海、海湾、岛屿和海槽的理想海区冬季的垂直环流及其温盐结构进行了数值模拟。其环流的数值结果表明，冬季沿岸海区的垂直环流普遍呈逆时针流动。在近表层为向岸流，沿岸为下降流，近表层以下为离岸流；近表层以下的离岸流在外海有明显的上升趋势；沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱；就整个海区而言，随着自南往北海区水深的逐渐变浅和岸界地形坡度的由大变小，其沿岸下降流则由强变弱。     

长江口、杭州湾及其邻近海区Lagrange环流的数值模拟研究Ⅰ——正压环流

将长江口、杭州湾及其邻近海域作为研究整体,建立该海区的三维Lagrange正压环流的分阶数值模式,综合考虑径流、东中国海背景环流、风应力和M2,S2,O1,K1 4大天文分潮的综合作用,运用"流速分解法"将环流分为正压梯度流、风生流、潮致余流及零阶环流的非线性耦合流等4个分量,模拟了冬夏两季长江口、杭州湾及其邻近海区的Lagrange正压环流结构.结果表明,零阶环流受东中国海背景环流控制;潮致余流是该海区一个重要分量;杭州湾内正压环流主要由风生流和潮致余流控制.     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究Ⅱ.环流的基本特征

利用POM模型，以研究海区的海面风应力、温度和盐度资料作为海面边界条件，以与外海界面处的温度和盐度资料作为侧向液边界条件，并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流的影响，对长江口及其邻近海区各季节的三维斜压环流和温、盐结构进行了数值模拟。环流的数值结果表明，冬季和秋季研究海区的水平环流主要由长江径流、东海沿岸流、台湾暖流、杭州湾环流和沿岸流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成；东海沿岸流与长江径流顺岸南下，随着自北往南岸界地形坡度的增大，其流幅变窄，流速增强；台湾暖流沿陡坡及其外缘蜿蜒北上，随着自南往北水深的变浅，其流幅由宽变窄继而又由窄变宽，流速却一直由强变弱。冬季和秋季海区纬度断面垂直环流的总趋势由近岸向外海流动，海底地形变化缓慢区离岸流产生波动，海底地形变化显著的陡坡区离岸流产生剧烈振荡而生成强升降流。春季和夏季研究海区的水平环流主要由长江径流与东海沿岸流汇合流、台湾暖流、杭州湾环流、舟山群岛附近及长江径流和东海沿岸流汇合流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成；长江径流和台湾暖流平行北上并在长江口以北产生顺时针偏转。由海区水平环流特征和变化趋势证实，春季长江冲淡水已开始向东北偏转，夏季冲淡水的偏转程度、伸展距离和扩展范围都更甚于春季；春季在长江口近岸存在弱上升流，夏季长江口外的陡坡区出现下降流，而长江口以北和以南的陡坡区出现上升流。     

东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究I．环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型 ,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究 ,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明 :冬季 ,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动 ,近表层为向岸流 ,沿岸为下降流 ,近表层以下为离岸流 ,其在外海有明显的上升趋势 ,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱 ;夏季 ,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动 ,近表层以下为向岸流 ,沿岸为上升流 ,近表层为离岸流 ,其在外海有明显的下降趋势 ,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论 ,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致 ,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。     

东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究Ⅰ.环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明：冬季,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动,近表层为向岸流,沿岸为下降流,近表层以下为离岸流,其在外海有明显的上升趋势,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱;夏季,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动,近表层以下为向岸流,沿岸为上升流,近表层为离岸流,其在外海有明显的下降趋势,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。     

黄海冬季环流的数值模拟

在北黄海和渤海冬季环数值研究的基础上，利用其进一步改进的数值差分格式，对整个黄海的冬季环流进行了数值模拟。数模结果表明，改进的差分格式完全保持了计算海区的总能量和总质量守恒。就环流的总趋势而论，数据模拟结果与由资料所分析的结果几乎完全相同。     

孟加拉湾上层环流研究综述

综述了孟加拉湾上层环流研究的主要成果并指出,研究海区环流与季风转换不完全同步。在西南季风期间,南、北海区各有一气旋式环流;在秋季季风过渡期间,出现海湾尺度的气旋式环流;在东北季风期间,气旋式环流减弱北移,南部则为一反气旋式环流控制;春季与秋季的情形相反,整个湾出现一海湾尺度的反气旋式环流。研究海区环流的变异主要受季风、赤道远地作用和浮力通量等复杂外源作用的影响。东印度沿岸流的季节变化与季风转换也不同步,局地风、内部Ekman抽吸、远地沿岸风及赤道远地作用的影响对沿岸流周年变化有重要作用。孟加拉湾上层环流年际变化显著,此年际变化主要受赤道风场的影响。     

大洋环流动力学理论的进展

随着观测海区的不断扩大和观侧数据的不断积累,再加实验室的模拟、电子计算机的应用和人造卫星的遥感,70年代里对构成大洋环流的总体及其各个组成部分——大洋风生环流及大洋热盐环流的机理,已较以往年代又有更多、更细致的了解。现今关于大洋环流动力学理论的研究,集中反映在如下的几个问题上。     

El Ni?o 事件期间南海环流的异常特征

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNio事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与Nio3.4_NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986—2008年间ElNio年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNio事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNio事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[+1],南海夏季流场强度都被削弱了。     

北黄海和渤海冬季环流动力学的数值实验

本文通过数值实验,对北黄海和渤海冬季环流的某些基本特征作了初步探讨。结果表明,冬季渤海海峡北进南出的环流配置,主要取决于海峡处北深南浅的水深分布;而与科氏力影响无关,黄海暖流作为本海区冬季环流数值实验的液边界入流条件,只能影响液边界附近区域和北黄海东部区域的环流分布。此外,对于本海区若干中尺度涡形成的机理,以及海底地形对于环流分布的影响,也作了相应的讨论。     

南海东北部及台湾海峡附近环流的一个耦合模式Ⅱ.模式的试验结果

利用一个耦合的数值模式对南海东北部及台湾海峡附近的环流进行数值模拟,以研究多种可能的动力机制对该海区的影响。结果表明：当以风应力、黑潮作为驱动机制时,该模式的计算结果大致与正压模式的计算结果相同;风应力促使研究海区流场的结构和强度发生变化,而黑潮才可能是该海区动力机制的主要因子。黑潮人流、入射角及海区层结程度等因素对该海区流态变化的影响较大;文章同时指出摩擦效应对于流场结构产生影响的重要性。     

渤海环流数值模拟

引言 渤海深深地嵌入中国大陆内部,仅以渤海海峡与北黄海相通,属内陆海。整个海区水深较浅,平均深度只有20米左右。且为典型的季风场区,冬季多东北风,夏季则为西南风。 渤海环流制约着该海区的水温、盐度等水文要素的分布状况,又决定着该区与北黄海水交换的进程。因此能够将渤海环流给以理论上的数值模拟,从而分析流场分布特征及其动力机制,这对发展海上生产力、航运交通、石油开采、污染控制等项工作都有着重要的意义。     

北太平洋西部海洋环流与大气环流的对应关系

本文从三方面探讨海洋环流与大气环流之间的对应关系。 1.海洋对于大气的热效应:通过北太平洋西部黑潮区水温分布及海洋与大气的热交换量,说明海洋可以影响到的大气高度;通过水温梯度分布找出其与1000—500mb厚度梯度分布的对应关系。 2.大气环流对于海洋环流的影响:根据黑潮轴线的季节变化,找出其与500mb西风急流和付热带高压轴线的活动是一致的协调的。黑潮强度与大气环流的对应关系并不明显。 3.西北太平洋海洋环流与天气系统:黑潮和亲潮邻接海区水温梯度最大,因而其上正是大气锋区所在,气旋最大频率区和海霧最大频率区均与海洋环流的活动息息相关。 从海洋环流与大气环流的对应关系中,指出海洋影响大气在温湿效应上,大气影响海洋在运动方面。但大气温湿属性改变了,必然引起空气运动。而海水运动产生了,也要引起温盐度的再分布。因而总的说来,海洋影响大气的直接作用为温湿效应,间接作用为空气运动。大气影响海洋的直接作用为海水运动,间接作用为温盐效应。     

南海夏季风爆发时期的大气环流变化特征

利用美国国家环境预报中心和气象研究中心的42年模式再分析资料,采用合成分析的方法,考察了南海夏季风爆发时期环流季节变化的特征.研究发现:尽管采用不同指标确定的南海夏季风爆发时间在有的年份差别很大,但各种不同指标对应的南海夏季风爆发时期大气环流的变化具有某些共同的特征.通过对各种指标确定夏季风爆发时间一致年份的大气环流特征分析表明,延伸到南海北岸附近地区的海上锋区对流加热和孟加拉湾北部陆地上的对流加热、沿东亚近海向西太平洋推进的冷空气是控制南海夏季风爆发的主要因素.对南海夏季风爆发早与爆发晚的年份的合成环流特征进一步表明:爆发早的年份,影响东亚附近海区的冷空气势力和南海南部的对流活动相对强,而爆发晚的年份,冷空气和南海南部的对流活动的影响要相对弱的多.日本本岛南部黑潮海区因冷空气激发的对流活动对南海夏季风的爆发也有重要的影响.     

南海风生正压环流动力机制的数值研究

利用ECOM si模式 ,1 0′× 1 0′水平分辨率 ,垂向 2 0个σ层 ,由H/R( 1 983)气候学月平均风应力场和开边界流量驱动 ,模拟了南海风生环流的季节变化 ,并针对南海冬夏季风生正压环流的动力机制进行了数值实验。实验中考虑以下动力因子对南海冬夏季环流的影响 :1 )开边界入流和出流 ;2 )风应力旋度 ;3)地形 ;4)惯性效应 ;5 ) β效应。数值实验表明 ,通过开边界进入南海的流量与风应力在南海内部引起的流量量值相当 ,特别是冬季两者对北部陆坡边界流和南海西边界流均有重要贡献 ;冬季南海海盆尺度气旋式流圈主要是由风应力旋度引起的 ,但平均风应力可以加强卡里马塔海峡的出流 ,而北部反气旋风应力旋度可引起南海暖流 ;陆坡地形使得海盆尺度冬季气旋式流圈中心限制在深海区 ,南海北部陆架的存在大大削弱了南海暖流的强度 ;惯性效应对南海环流的整体结构无明显影响 ,但使得黑潮入侵和台湾西南的流套变弱 ;深海海盆环流中 β项是与风应力旋度平衡的基本项 ,且 β效应对环流的西向强化和吕宋海峡入侵作用至关重要     

大西洋热盐环流年代际变化机制研究Ⅲ.北大西洋海气要素对热盐环流年代际振荡的影响

基于该系列文章前文研究中构建的海气耦合气候模式和所揭示的北大西洋热盐环流年代际振荡机制,针对海气要素对该振荡机制的影响问题进行了重点的探讨.为细致准确的研究北大西洋海洋要素同北大西洋热盐环流年代际振荡的关系,有针对性的定义了副极地海区表层密度指数和北大西洋暖流强度指数并对模式结果进行了全面分析.分析结果表明副极地海区表...     

黄海、东海夏季环流的数值模拟

基于ECOM -si,建立了一个垂向取σ坐标、水平取球面坐标的三维高分辨率湍流闭合的黄海、东海海洋环流数值模式 .考虑实际岸线和水深、边界通量、密度梯度力和风应力 ,应用该模式较成功地模拟出了夏季黄海、东海环流 (黑潮、台湾暖流、对马暖流、黄海冷水团环流和沿岸流 ) ,摸拟结果与以往实际观测和研究结果较为一致 ,表明所建立的模式能较成功地应用于该海区环流的研究     

北太平洋中纬海区海-气热量交换对其上空大气环流的影响

本文计算并分析了北太平洋中纬海区海-气热量交换的特征,发现中纬黑潮海区的海-气热量交换与北太平洋上空长波的发展有着密切联系。研究结果表明:在中纬海洋,冬半年北方冷空气的强弱对海-气热量交换有着重要的贡献。本文以海-气热量交换值作为基本因子来讨论中纬海洋对大气的影响,比单用水温或气温更为合理,并给出了中纬海洋海-气相互作用的一个简单的不可逆模式:冷空气强(弱)→海→气热量交换值大(小)→经向(纬向)环流发展→冷空气强(弱)→……。这过程一般在晚秋开始,到夏半年环流调整为止。     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究 Ⅰ．定解条件与研究方案

长江口及其邻近海区的水动力学研究因其与沿岸地区的经济发展关系密切而倍受海洋学者的广泛关注。为了揭示该海区环流的动力过程和温、盐结构的分布特征及其动力成因,首先在对研究海区的地形特征、海面风应力、海面温度、海面盐度以及北、南、东三个液边界温度和盐度现场观测资料进行全面分析的基础上。选定适合于研究海区的三维斜压流体动力学模型(POM)。以研究海区冬、春、夏和秋季的海面风应力、海面温度和盐度资料作为海面边界条件,以北、南和东三个液边界的温度和盐度资料作为侧向液边界条件,并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流等外海入流的影响,对研究海区(120.9°E—124°E,29.5°N—33°N)四个季节的斜压环流和温、盐结构实施了动力学数值研究。获得了与观测事实相一致的三维流速和温、盐结构的空间分布。从动力学角度揭示并阐明长江口及其邻近海区水平环流和垂直环流的动力过程以及温、盐结构的分布特征和动力成因,为海区的生态动力学研究提供动力条件。