季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征初探

季风驱动下的南海海洋动力过程有着季节性的多尺度变化特征, 显著影响南海海洋生态系统的演化进程。海洋细菌作为海洋生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分, 对环境变化和海洋多尺度动力过程有着积极的响应。将微生物生态过程与海洋动力过程相结合, 研究微生物的群落结构、动态变化及其与海洋环境过程的耦合, 是目前国际海洋科学多学科交叉研究的热点之一。文章以国家自然科学基金重点项目“季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征及其生物海洋学意义”的主要研究成果为基础, 从南海北部上升流、海洋锋面、中尺度涡旋、次中尺度过程及其对海洋细菌多样性和生态系统可能的影响等几个方面, 探讨当前的研究进展和初步研究成果。     

海洋中的天气式涡旋

将由海洋中各物理过程产生的海水特性分布非均匀性，分为小、中、天气式和全球4种时、空尺度。对比副势带急民生罗斯贝波变形半径，阐明海洋天气式涡旋小于和慢于大气中的数十倍。对比在高空锋带下方，低怪大气锋中出现地面涡，揭示海洋蛇曲中不产生高空锋带类似物及近海底锋；大洋中自由涡虽能集中于海洋上半部，便与大气中低空正、反气旋正相反。因而，锋流环和洋中涡能对局地天气起作用，流环能成为海洋子午向热传递的重要机制。     

冬季黑潮延伸体海域云水含量的年际变化

利用卫星观测的海面高度资料、海表温度资料和再分析大气资料,考察了冬季黑潮延伸体海域云水含量的年际变化。结果表明:尽管大气环流有明显的年际变化,海洋锋对其上云水含量的"锚定"作用(锋面南侧云水含量多,北侧少)始终存在,同时云水量值有明显的年际变化,该变化主要受背景大气环流的影响,当西北风加强(减弱)带来偏冷(暖)偏干(湿)的空气团时,锋面南侧云水少(多)。按照云水含量多少进行合成分析的结果表明:来自大陆的冬季西北风南下,在遇到海洋锋锋南侧的暖水面时,空气抬升导致的大气跨锋面的次级环流和对应锋面南(北)辐合(辐散)在一定程度上(约25%)受背景大气环流变化的影响。在背景大尺度的西北风强(弱)时,大气中水汽含量较少(多),凝结放热较弱(强),黑潮延伸体海洋锋南侧南侧上升,北侧下沉的次级环流偏弱(强)。     

《海洋科学进展》编辑委员会

封面说明封面图片展示了印尼贯穿流海域复杂的海洋和大气环流特征.自西太平洋起源的印尼贯穿流和贯穿流南海分支分别经印尼海和南海流入印度洋,为大洋传送带提供了唯一的热带海洋通道;同时,大气赤道沃克环流的上升支也发生在该海域,使该海域成为全球降水最为丰沛的地区之一.由于地形复杂,且处于太平洋和印度洋潮波传播的汇聚区,引起印尼海剧烈的潮致混合,为海洋动力过程提供重要的能量输入,影响海洋上层环流和温盐结构,进而通过海气相互作用产生显著的天气和气候效应.详见本期综述《印度尼西亚海潮致混合研究现状与展望》,图片由作者提供.     

英国自然环境研究理事会的海洋研究计划

本文简要介绍了英国自然环境研究理事会的海洋核心战略计划的5项基本内容,包括海洋与大气,生物物理相互作用,海底活动,平台与传感器技术,大尺度大洋环流及其应用价值,同时介绍了关于潜水器冰架考察和英国海洋表层与低空大气研究这两项重要的海洋计划.     

基于无人船的大洋中尺度涡观测系统展望

中尺度涡在大洋中普遍存在,研究发现,其能量比大尺度海洋环流的能量大一个量级,在海洋物质能量输运和全球气候变化中起着重要作用。受观测条件限制,目前对中尺度涡的观测主要通过卫星高度计实现,只能从海面高度来推算中尺度涡大小、分布、强度及其伴随的水体和能量输送,而卫星高度计对中尺度涡垂直结构特征认识不足,也导致了对中尺度涡所引起的上层海洋能量、热量输送估计误差偏大。目前,对中尺度涡三维结构观测认识不足,展望未来将会出现基于无人船平台的大洋中尺度涡三维结构自动观测系统,该平台将集成自动水下剖面观测功能等先进技术,以便观测中尺度涡的垂直结构特征及其时空变化特征,进而系统地认识中尺度涡带来的物质和能量输送。     

基于无人船的大洋中尺度涡观测系统展望

中尺度涡在大洋中普遍存在,研究发现其能量比大尺度海洋环流的能量大一个量级,在海洋物质能量输运和全球气候变化中起着重要的作用。受观测条件限制,目前对中尺度涡的观测主要通过卫星高度计实现,只能从海面高度来推算中尺度涡大小、分布、强度及其伴随的水体和能量输送,而卫星高度计对中尺度涡垂直结构特征认识不足,也导致了对中尺度涡所引起的上层海洋能量、热量输送估计误差偏大。目前对中尺度涡三维结构观测认识不足,展望未来将会出现基于无人船平台的大洋中尺度涡三维结构自动观测系统,该平台将集成自动水下剖面观测功能等先进技术,以便观测中尺度涡的垂直结构特征及其时空变化特征,进而可对中尺度涡带来的物质和能量输送进行系统认识。     

中国近海碳循环研究的主要进展及关键影响因素分析

海洋是地球碳的最重要贮存库之一,是全球碳循环系统的一个至关重要的子系统和大气CO2的汇.海洋碳循环过程不仅涉及海洋生物生产过程、化学能流与物流过程,还与不同时空尺度的海洋环流、大气动力学过程密切相关.大洋碳循环是海洋碳循环的主体.边缘海是陆地与大洋的连接带,虽然面积远比大洋小,但由于人类活动的影响以及河流径流不断向其输入丰富的营养物质,致使其中发生的生物地球化学过程比大洋复杂,所以,探明近海碳循环过程是全世界海洋学家必须要面对而且是与大洋碳循环相比更为难解、更具挑战性的研究课题[1, 2].     

1973年夏季一个反气旋型涡旋的初步分析

六十年代以来,海洋学上的一项重要成果是发现了海洋中存在着“中尺度”涡。其空间尺度为数百公里,时间尺度为数月,流速约为10厘米/秒。它可与大气中的气旋、反气旋相比拟,并具有巨大的能量,是决定海洋水文变化的重要因子之一。这种巨大的能量,在海洋能量分配和转化过程中起着重要的作用。“中尺度”涡的发现和研究,不仅对搞清大洋总环流的变异有重要意义,而且对于反潜战环境条件、海洋生物分布和海-气交换等的描述也有重要作用,并将对海洋环境预报提供重要的理论基础。近几年来,人们发现中尺度涡不仅存在于世界大洋,而且还存在于边缘海。1975年,     

海洋中尺度涡的机械能及其源汇研究*

由于观测手段的限制,海洋中尺度涡的能量输送及生成与耗散动力过程一直是世界大洋能量循环中悬而未决的一个问题,而中尺度涡在海洋中又广泛存在,它不仅占据海洋表层动能的绝大部分,而且是能量级串中连接大尺度和小尺度的中间环节,在大洋能量传输中扮演着重要的角色。文章以中尺度涡场机械能的大小、分布、源汇为主线,结合作者在这方面的最新研究成果,综述当前对中尺度涡机械能及其源汇的研究进展。     

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。     

一次天气尺度扰动过程对东海北部大气边界层垂直结构的影响

利用2013年6月船载GPS探空、云高仪资料,结合ERA-Interim再分析资料、卫星资料,分析一次天气尺度扰动(锋面过境)过程对东海北部海洋大气边界层(MABL)垂直结构的影响。结果表明:受梅雨锋影响,航测区域上空在整个过程中都有低云覆盖,MABL没有呈现日变化特征;当MABL为稳定边界层时,锋面与站位距离越近,站位上空增强的上升运动导致MABL高度越高。梅雨锋过境前后云层之上都覆盖有较为稳定的逆温层,受锋面抬升作用,云底高度和云顶逆温层高度在锋面过境后高度变高;锋面过境导致航测区域上空700hPa以下大气的上升运动增强,水汽上升到更高位置,云底从MBAL中脱离。锋面过境后,3 000m以下整层大气相对湿度较大,大气层结退耦的产生导致云分层形成高度不同的多层云。     

南海TOPEX海面高度资料的混合同化试验

应用普林斯顿海洋模式（POM），对冬季南海由TOPEX／Poseidon得到的卫星遥感海面高度资料进行混合（blending)同化试验。混合同化的权重系数由以下两者决定：南海POM模式对冬季风强迫产生响应的海面高度场之标准方差；对应期间ＴＯＰＥＸ海面高度资料的标准方差。同化结果表明，混合同化方法不失为一种简单而又有效的同化方案。同化得到的南海环流结构与未同化的模式响应场比较可以发现：海面高度资料的同化试验能够有效地修正南海环流的若干大尺度特征，特别是对冬季黑潮入侵南海东北部的动力过程，同化结果有了更准确的描述。同时，另一个重要的修正表现在：同化试验中瞬变的中等尺度涡旋得到加强，体现了南海海洋天气尺度涡被资料同化所“唤醒”（trigger)。这种“唤醒”不仅明显地反映在表层环流场中，对南海次表层动力、热盐结构也有一定的影响。     

由积云对流导致大尺度涡度的产生

一、引言 几个新近的场研究已经确定,在对流活动中次网格过程的大尺度涡度收支的重要。这种大尺度涡度的形成,推测起来主要由于积云对流,类似于由显然可见的大尺度过程而产生的的量值。预报参数化引起瑞利摩擦或简单铅直动量交换没有成功的获得分析积云导致涡度源所发生的变化。(Stevens,1979年;Esbensen等,1982年;Sui,1984年)。本文的目的是介绍对由积云对流而形成的大尺度涡度选择预报参数化,并且叙述它在大尺度持续对流中的应用。如同积云泡的产生和衰变一样,受积云动力环流和位势涡度的集中,围绕Ertel位势涡度的再分配而建立起参数化,如同Fraedrich(1974年)正式阐述的。参数化同样重视由于积云泡中潜热释放引起的位势涡度的产生。处理潜热释放使用郭氐积云参数化。     

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。     

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。     

近海面稳定大气边界层湍流动量、热量交换的初步研究

一、引言海洋与大气是一个很强的耦合系统.大气向海洋提供巨大的动能来驱动海洋环流,造成浪、流和温度场(特别是上层海洋)等其结构与强度上的不断改变;而海洋同时又作为一部天然热机向大气反馈巨大的热能来推动大气环流,造成天气与气候的不断变化.海气间这种复杂的耦合作用日益为气象和海洋学家所重视.迄今,它已成为一项具有全球意义的重大研究课题.     

埃尔尼诺的模拟和预测

众所周知,埃尔尼诺是以出现在美洲秘鲁和厄瓜多尔沿海区域数千千米尺度的异常高的暖水为特征的异常的海洋和天气事件,当埃尔尼诺现象出现时,全球性的大气环流发生变化,出现全球性天气异常.因而,它已被看成是全球年际气候变化的最突出的一种标志.     

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。     

热带气旋影响吕宋海峡输运的研究进展与展望

吕宋海峡是连接南海与西太平洋的唯一深水通道,也是调节南海环流及其热力特征的关键海洋通道。在大尺度西边界流、中尺度涡、热带气旋等众多因子的共同影响下,吕宋海峡输运表现出显著的多时间尺度变率特征,其中热带气旋是影响该海域强烈且频繁的天气过程之一,解析吕宋海峡输运与热带气旋之间的动力联系也是近年来南海海洋研究的热点之一。本文主要从吕宋海峡附近热带气旋活动特征及其对黑潮、吕宋海峡附近环流结构、吕宋海峡输运的影响等方面回顾最新的研究进展。最后,本文认为接下来应当在热带气旋调制吕宋海峡输运的机制,以及对吕宋海峡输运年际变化的贡献等方面加强研究。