黄、东海环流的数值研究Ⅲ——正压环流的数值模拟

依据黄、东海环流的的动力学模型 ,运用“流速分解法”对黄、东海正压环流进行了数值模拟。计算结果表明冬季黄海正压环流主要受风应力影响 ,基本形态为黄海暖流由济州岛西南进入南黄海中部 ,其东西两侧分别为两支向南流动的沿岸流 ;夏季主要受到潮致体力的影响 ,为一逆时针涡旋。东海环流主要是边界力作用驱动的结果 ,东海黑潮、台湾暖流和对马暖流较稳定。冬季风应力对东海环流表层流场有消弱作用 ,在夏季则有一定增强作用。     

风速变化对竹湖流场结构影响的数值试验

利用EcoTaihu生态模型中的压缩坐标系下三维水动力学子模型，对4种吞吐流量（换水周期分别为36d、7．2d、3．6d、35h），东、西、南、北风向，不同风速的风场作用下的浅水湖泊进行了数值模拟，分析比较了不同风速作用下湖泊分层流场及垂向平均流场结构的差异。结果表明，随着风速的增大，湖泊垂向平均流场逐渐由受吞吐流控制转变成受风生流场控制；在此转变过程中存在着临界风速值，当风速大小超过该值时，流场结构发生明显的改变；风向和吞吐流量是影响临界风速值大小的主要因素。风速变化对稳定状态的湖泊表层、次表层流场有较大影响，而对底层和次底层影响不大。在水深水平变化较大的区域，垂直平均流场结构对风速变化的响应较为敏感，易形成环流，浅水区垂向平均流向和风向一致，深水区则和风向相反；水深变化较小的水域，流场结构对风速变化的响应则较为迟钝。     

1986年7月黄海南部及东海北部海况的主要特征

本文简要阐明了1986年7月中美南黄海合作调查所得的东海北部和南黄海的海况特征。给出了2m,50m,底层及主要断面的温、盐度分布图、T-S图解、动力计算和漂流浮标的观测结果。从这些图表可以看出:夏季黄海暖流不再进入南黄海内部,但有经济州海峡重新回归对马暖流的迹象;黄海冷水团内部结构复杂,黄海的陆架锋对黄海水文要素的分布变化有重要影响;南黄海上层存在着封闭的密度环流;济州岛西南依然存在着气旋型海水运动等。     

南黄海及东海北部夏季若干水文特征和环流的分析

利用“中韩黄海水循环动力学合作研究”1 997年 7月航次和“黄海综合环境调查”1 998年 8月航次观测所得的CTD资料 ,对南黄海及东海北部夏季的水文特征和特大洪水年长江冲淡水扩展特征进行探讨。同时还根据夏季所施放的卫星跟踪漂流浮标的轨迹、底层人工水母的漂移路径及等密面深度的分布对夏季环流作了阐述 ,提出夏季南黄海环流并非单一的气旋式系统 ,其内部还存在着气旋、反气旋的多个较小的环流 ;东海北部交替出现气旋、反气旋涡旋。     

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、黄海风生流场季节循环时空模态与变异

根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式，以及旋转经验正交函数（REOF）、调和分析等方法，研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态，季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异，渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场，速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量，黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场，速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱，渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷 暖水体输送与汇集共同作用的结果，渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播，是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素，因此，速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素，夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素.     

Stokes漂流近似公式对海洋表层流场估算的影响

本文采用波浪订正的Ekman模型,研究分析了三种Stokes漂流近似公式(单波公式、e指数公式、Phillips谱近似公式)对海洋表层流场估算的影响。海表总流场由海表面高度(SSH)数据计算的地转流和海浪模式WAVEWATCH Ⅲ输出结果计算的非地转流组成,并采用拉格朗日浮标观测数据对计算结果进行了验证。研究表明,随着Stokes漂流近似公式精度的提高,其计算的拉格朗日流速更接近于谱积分公式的计算结果,更贴近拉格朗日浮标观测数据。与谱积分公式计算的海表拉格朗日流速相比,单波公式的平均相对偏差为0.0834,e指数公式的平均相对偏差为0.0392,Phillips谱近似公式的平均相对偏差为0.0101,说明Phillips谱近似公式在不同风速下均能对谱积分公式有良好的近似效果。在低风速条件下,由Stokes漂流近似公式精度引起的海洋表层流场估算误差可以忽略不计,但随着风速增加,由近似公式精度引起的偏差逐渐变大,此时应该选择Phillips谱近似公式计算Stokes漂流,来减小误差。     

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     

不同参数化方案试验对南黄海典型台风中心最低气压和最大风速数值模拟影响

为提高对南黄海典型台风的中心最低气压及其最大风速的预报能力,本文以经过南黄海的典型台风——2011年09号台风"梅花"以及2015年09号台风"灿鸿"为例,基于WRF中尺度数值预报模式,以欧洲中期天气预报中心(ECWMF)的再分析资料作为模式的初始场以及侧边界条件,对南黄海台风数值模拟进行了分析。结果表明,不同微物理方案的选择对南黄海典型台风中心最低气压和最大风速模拟结果影响较小;YSU边界层方案以及KF积云对流方案组合模拟效果最佳,可使南黄海典型台风中心最低气压和最大风速的模拟结果误差最小。     

陆架和浅海环流的一个三维正压模式及其在渤、黄、东海的应用

本文发展了一种σ坐标下海洋环流的三维正压数值模式,模式中垂直涡动粘性系数由混合长度理论确定,因而可随流场的瞬时垂直结构而变化。计算采用了全部交错的网格结构,对计算稳定性有重要影响的垂直涡动粘性项采用了隐式差分格式。文章应用该模式模拟了渤、黄、东海冬、夏季风生环流,解释了黄海暖流的可能成因,数值计算结果表明,台湾暖流对对马暖流有重要贡献,在东中国东都海域存在南高北低的水位分布,以及地势效应对台湾-对马暖流系统有重要影响。     

渤海及黄海北部的风海流数值计算及余流计算

依据黄渤海实测风的资料对渤海及北黄海进行了月平均风海流数值计算。计算表明 ,1月份在西北风的作用下 ,在渤海出现 1个逆时针旋转的环流 ,在辽东湾北部及黄海北部出现 1个顺时针旋转的环流 ,渤海海峡的海流北进南出。 7月份在南风和东南风的作用下 ,风海流的变化形式与 1月份大致相反 ,海峡处呈南进北出的形式。对渤海中部某点 1年的潮流资料通过低通滤波的方法计算逐时的余流值 ,得到该点 1年内表层最大的实测余流为 31.9cm/ s,全年 90 %多的时间内表层余流小于 10 cm/ s。对辽东湾北部某点和渤海湾西南部某点数月潮流资料也进行了低通滤波 ,并将得到的逐时余流与同步风作了比较。依据该 2点风和余流的关系以及黄海北部 6个点风和余流的关系验证了风海流数值计算的结果 ,表明在这些点上实测与计算结果拟合良好     

黄、渤海热结构及环流季节变化的数值模拟

在普林斯顿海洋模式 (POM)的基础上 ,利用经过资料同化处理的周平均卫星遥感海表温度资料 (SST) ,考虑了潮流混合和上层风混合的作用 ,成功模拟了渤黄海海域热结构的时、空变化 ;在此基础上 ,系统描述了渤黄海季节性温度跃层、黄海冷水团、黄海暖流等重要水文现象及其与之相应的温度垂直结构 ;分析黄海余流流场断面结构及随季节的变化 ,并对黄海暖流的分布结构、黄海冷水团的维持机制进行了探讨     

黄、东海环流的数值研究Ⅳ——斜压环流的诊断计算

基于黄、东海Lagrange环流数值模型 ,对黄、东海Lagrange斜压环流进行了诊断计算。采用流速分解法将La grange流速分解为梯度流、风海流、潮致余流、热盐环流、零阶环流耦合流 5种分量 ,实现三维计算的准二维化。计算结果较成功地模拟了冬夏两季黄、东海Lagrange环流 ,表明密度环流在冬、夏季均是东海环流的重要分量 ,可显著增强了东海黑潮、东海黑潮、台湾暖流和对马暖流 ;在夏季还是黄海环流的主要分量。     

Intercomparison of three South China Sea circulation models

1IntroductionTheSouthChinaSeaisthelargesttropicalmarginaldeepsealocatingbetweenthewesternPacificOceanandtheeasternIndianOcean.AsapartofAsia-Australiamaritimecontinent,monsoonisaprimaryfactorforcingtheSouthChinaSeaCurrent(SCSC)variation.Drivenbynortheasterlymonsooninwinterandsouth-westerlymonsooninsummer,respectively,theSCSCbehavesacyclonicgyreandananticy-clonicgyre,correspondingly(Wyrtki,1961;Xuetal.,1982).Owingtotheshortageandexpen-sivenessofdirectobservationsintheSCS,fur-therunder…     

南海海面高度季节变化的数值模拟

比较POM模式模拟与观测(TOPEX/Poseidon高度计资料)的南海海面高度(SSH)的季节变化在空间分布上的一致性和差异.结果表明:本文使用的POM模式能较好地模拟南海SSH的季节变化;冬季与夏季,春季与秋季南海海面异常场形式完全相反,冬季Ekman输运造成在西海岸的堆积要比夏季在东海岸堆积更明显,而吕宋冷涡中心附近和吕宋海峡海面季节变化振幅最大;除春季以外,在南海绝大部分海域,海面高度的季节变化主要受风力的控制,南海海面热量通量对SSH的季节变化贡献约为20%,风应力对SSH的季节变化的贡献约为80%.     

渤、黄、东海夏季环流的三维斜压模型

基于拉格朗日时均观点描述环流，建立起潮流与准定常流共同占优势系统中的陆浅海环流模型，并诊断计算了夏季渤、黄、东海的三维环流图。模拟结果较好地再现了渤、黄、东海主要流系的特征。对照冬季结果，对渤、黄、东海环流的季节变化做了阐述。从环流垂向分量的分布图上，可发现渐闽近海、长江口外存在较明显的上升流区。另外，对夏季渤、黄、东海的热盐环流和潮致余流分别进行了模拟，发现它们均能在黄海构成一逆时针向的五流系统，这对形成和维持夏季黄海冷水团的存在有重要作用。热盐环流的模拟结果表明，黄海冷水团环流含有“热成流”的成分；通过Lagrange余流的计算发现环绕黄河冷水团的环流还含有“潮成流”的成分。     

“桑吉”号泄漏物质扩散与漂移数值模拟预测

基于ROMS(Regional Ocean Modeling System)模式,对西北太平洋海域进行了水平分辨率高达4km的水动力环境数值模拟,该分辨率可以很好地分辨我国东海陆架环流以及中尺度涡旋等过程,此外模式考虑了8个分潮,模式结果很好地再现了黄、东海陆架环流等。基于模式结果,对"桑吉"号泄漏物质可能的扩散和迁移轨迹进行了数值模拟分析。在"桑吉"号沉船位置的表、底Ekman层内,释放拉格朗日粒子和示踪物来示踪"桑吉"号泄漏物质的可能影响范围。拉格朗日粒子和示踪物模拟结果表明:在未来3个月,"桑吉"号泄漏物质对我国黄海的影响较小,其主要随着对马暖流进入日本海和随着黑潮进入日本九州以南的太平洋海域。随着冬、春的季节转换,三个月后,北风会减弱,减弱风场的试验表明,风场减弱会减少泄漏物质向黄海的输送。5月份后黄海冷水团逐渐形成,由于斜压效应,在黄海深层水中会逐渐建立起气旋式环流,从而进一步阻碍了"桑吉"号泄漏物质向黄海的输送,该气旋式环流有利于"桑吉"号泄漏物质通过对马海峡向日本海的输送,而会抑制底层泄漏物质向我国黄海西侧的输送。     

Linkages among halocline variability,shelf-basin interaction,and wind regimes in the Beaufort Sea demonstrated in pan-Arctic Ocean modeling framework

To address the mechanisms controlling halocline variability in the Beaufort Sea, the relationship between halocline shoaling/deepening and surface wind fields on seasonal to decadal timescales was investigated in a numerical experiment. Results from a pan-Arctic coupled sea ice-ocean model demonstrate reasonable performances for interannual and decadal variations in summer sea ice extent in the entire Arctic and in freshwater content in the Canada Basin. Shelf-basin interaction associated with Pacific summer and winter transport depends on basin-scale wind patterns and can have a significant influence on halocline variability in the southern Beaufort Sea. The eastward transport of fresh Pacific summer water along the northern Alaskan coast and Ekman downwelling north of the shelf break are commonly enhanced by cyclonic wind in the Canada Basin. On the other hand, basin-wide anti-cyclonic wind induces Ekman upwelling and blocks the eastward current in the Beaufort shelf-break region. Halocline shoaling/deepening due to shelf-water transport and surface Ekman forcing consequently occur in the same direction. North of the Barrow Canyon mouth, the springtime down-canyon transport of Pacific winter water, which forms by sea ice production in the Alaskan coastal polynya, thickens the halocline layer. The model result indicates that the penetration of Pacific winter water prevents the local upwelling of underlying basin water to the surface layer, especially in basin-scale anti-cyclonic wind periods.     

秋末寒潮大风作用下南黄海西部流场及温、盐度变动特征分析

1983年11月中美首次在南黄海西部开展水文和地质联合调查,该调查共设5个浮标站和54个CTD站,其中CTD站所获的温、盐度和溶解氧、透光度资料早已有过一些报道,并获得了一些有益的结论(丁宗信等,1986;熊庆成等,1986;赵保仁等,1986)。但对这次调查所取得的浮标测流资料尚未有人进行认真的分析研究,也未曾报道过。这次测流还是比较成功的,所揭示的现象使人感到振奋,而且这也是迄今在南黄海西部使用浮标最多、时间最长的一次浮标阵测流工作。 本文试图结合1983年11月调查时的海上风速和沿岸水位变化进行综合分析,并对那里的环流状态提出一些初步看法,以利于对南黄海西部水域的海流变动特征和生成机制进行更深入的研究。     

冬季寒潮期间黄、渤海水位低频波动研究

利用 POM(Princeton Ocean Model)海洋数值模式建立渤、黄、东海冬季三维环流动力学区域模型。模型在海-气边界使用包括风应力、气压和热通量的大气驱动, 海洋边界使用西太平洋模式提供的环流和潮位驱动, 综合模拟潮波运动、温度、盐度、环流变化和水位低频波动。 模拟了 2001 年 1 月寒潮过境时黄、 渤海水位低频波动及流场变化, 分析了其对大风过程、 气压、降温的响应, 发现冬季强劲的北风和西北风都可以通过抽吸振荡在渤、 黄海诱发水位的低频波动, 东北风则由于地形影响不能诱发渤、黄海的低频波动。气压和降温只是在波动幅度上有一定的影响。波动发源于渤海和北黄海, 最大波幅可以达到 0.6 m。波动进入南黄海后有沿黄海深槽西侧传播的倾向, 波动幅度在传播过程中逐渐减小。