南海东北部及台湾海峡附近环流的一个耦合模式

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境进行数值模拟,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桢,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,黑潮入流,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。     

南海东北部及台湾海峡环流机制的数值研究

利用1个正压的数值模式研究风应力、黑潮对南海东北部及台湾海峡环流的影响，结果为：（1）以风应力为驱动机制时其流态特别是在台湾海峡的流动具有季节性，但未反映南海黑潮分支的存在；在冬季也未见有南海暖流出现，但在东沙群岛附近海域终年存在着1个气旋涡；（2）以黑潮为驱动机制时，黑潮通过巴士海峡侵入南海海域，并导致东沙群岛附近气旋性涡旋的形成。另外，模式体现黑潮南海分支、南海暖流及台湾暖流的存在，并表明广东沿岸大陆架坡折区底形效应的重要性；（3）以风应力及黑潮入流作为联合驱动机制时，模式的结果似为第1，2种情形结果的叠加。     

南海东北部及台湾海峡环流机制的数值研究

利用１个正压的数值模式研究风应力、黑潮对南海东北及台湾海峡环流的影响。结果为：（１）以风应力为驱动机制时其流态特别是在台湾海峡的流动具有季节性，但未反映南海黑潮分支的存在，在冬季也未见有南海暖流出现，但在东沙群岛附近海域终年存在着１个气旋涡；（２）以黑潮为驱同制时，黑潮通过巴士海峡侵入南海海域，并导致东沙群岛附近气旋性涡旋的形成，另外，模式体现黑潮东海分支，南海暖流及台湾暖流的存在，并表明广东沿岸     

南海北部海面高度季节变化的机制

利用POM模式对南海环流进行了数值模拟和数值试验 ,结果表明 :南海北部SSH的变化主要应归于南海局地的动力、热力强迫和黑潮的影响 ;黑潮对南海北部SSH平均态的影响要大于对SSH异常场的影响 ;对于南海北部深水区冬季局地风应力与浮力通量的作用相反量级相同 ,黑潮对南海北部SSH的控制作用在冬季显得最重要 ,约占 50 %～ 80 % ;春季 ,夏季和秋季 ,局地风应力、浮力通量和黑潮三者都使深水区SSH上升 ,局地风应力使深水海盆SSH上升的作用约占 4 0 %～ 6 0 % ,浮力通量的作用约占 2 0 % ,黑潮的影响约占 2 0 %～ 30 % .在夏季 ,尽管南海北部深水海盆SSH达到全年最高 ,但黑潮对南海北部深水海盆SSH的贡献最小 .在广东沿岸陆架海域 ,SSH季节变化的机制与深水海盆SSH季节变化的机制不同 :春、夏季 ,局地风应力使SSH上升的作用几乎与浮力通量使SSH下降的作用相当 ;秋、冬季 ,东北季风使SSH上升的作用大于浮力通量和黑潮使SSH下降的作用 ,陆架区SSH为正 ,且在海南岛附近达到最大值     

南海环流的一个约化模式

利用约化数值模式研究了黑潮在巴士海峡的流况及受其影响的南海海盆区的环流,结果为:定常的黑潮入流在巴士海峡不易出现显著的环状流动结构,但在海峡西侧诱生一气旋涡,该涡旋达到一定强度时,β因子和侧边界作用使其向西南移动,因此,模式给出的南海环流呈准半年周期的气旋涡现象。动力分析表明,气旋涡因非线性平流作用将黑潮西侧的气旋性切变涡度向南海北部输送所致。模式同时计算了入流方向和流轴位置呈周期性变化时,巴士海峡和南海的流动结构。     

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     

北赤道流分叉点及南海北部环流的研究进展

介绍了北赤道流分叉点、南海北部环流的一些研究成果,并就黑潮对南海的影响所作的研究进行了回顾.北赤道流分叉点的位置对于北赤道流系水体疏运变化及在黑潮和MC之间水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用.北赤道流分叉点位置约在14.6°N上,分叉点位置随深度增加而北移.分叉点有明显的季节变化和年际变化,在春、夏季向南移动,而在秋、冬季则向北移动.年际变化与ENSO现象相关紧密,在El Nio事件NEC分叉纬度处于最北端,在La Nio事件处于最南端.对于分叉点位置的定量化研究,仍然需要更多的观测结果进行研究.季风和黑潮是影响南海北部环流的两种主要因素.南海北部上层流场主要由广东沿岸流、黑潮入侵流套、东沙海流、南海暖流和吕宋海流组成.除海盆、次海盆尺度环流外,受季风、黑潮和地形等因素的影响,南海表现出多涡结构.通过近些年的卫星观测和数值模拟的结果,人们对南海中尺度涡的认识大大加深,但要想模拟出风应力形成涡的机制,还需要提高风场和模式的分辨率.由于观测资料的限制,对南海流场的垂直结构、以及春-秋季季风转相时期的流场结构等还研究得较少.吕宋海峡水交换是西太平洋对南海影响的主要途径.黑潮在吕宋海峡附近的形变一直是有争议的热点问题,目前对于黑潮入侵有3种观点:(1) 认为黑潮经过吕宋海峡形成流套结构,并分离出中尺度涡影响南海流场、水团结构;(2) 认为黑潮有一直接分支分离出来进入南海形成黑潮分支;(3) 认为吕宋海峡水交换不属于以上两种情况,西太平洋对南海的水团输送另有机制.北赤道流分叉点在对黑潮的水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用,黑潮对南海北部环流的影响可能与NEC的分叉点位置有关,但目前对NEC的分叉点位置与南海北部环流相关性的研究甚少.最后提出了对未来加强该方面研究的一些展望.     

进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征——基于OFES模式数据

自黑潮脱落并由吕宋海峡进入中国南海的中尺度涡(简称脱落涡旋)对黑潮与南海的水体交换、热量及物质输送等过程均有十分重要的作用。基于1993—2013年OFES(OGCM for the Earth Simulator)模式数据产品,分析研究了脱落涡旋的统计特征及其温盐流三维结构,并与卫星观测结果进行对比分析。OFES模式的海表面高度数据和卫星高度计数据的统计结果都表明气旋式脱落涡旋(脱落冷涡)绝大部分在黑潮西侧边缘生成,反气旋式脱落涡旋(脱落暖涡)则大部分在黑潮控制区(包括黑潮流套区)生成,脱落暖涡的数量远多于脱落冷涡的。OFES模式数据得到的脱落涡旋个数和出现频率较卫星观测结果要明显偏低。此外,由OFES模式数据得到的脱落涡旋三维结构表明,黑潮控制区和黑潮西侧边缘生成的脱落冷涡的流场垂向影响深度差异较大,而脱落暖涡的流场垂向影响深度一般达水深1000 m以深,脱落涡旋的位势温度的垂向影响深度与该涡的流场垂向影响深度相当,其盐度的垂向影响深度则较浅;脱落涡旋的温盐结构受黑潮的影响较大。     

吕宋和台湾岛以东黑潮季节与年际变化规律的对比分析

黑潮是北太平洋副热带环流系统的一支重要的西边界流。前人对不同流段黑潮的季节和年际变化进行了诸多研究,然而基于不同数据所得结论仍存在差异,尤其是不同模式计算所得流量差别很大,而且以往研究往往着眼于某一流段,对不同流段黑潮变化之间的异同及其原因涉及较少。本文基于卫星高度计数据,评估了OFES(Ocean generalcir culation model For the Earth Simulator)和HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)两个模式对吕宋岛和台湾岛以东黑潮季节与年际变化的模拟能力,进而对两个海域黑潮变化的异同及其物理机制进行了分析。结果表明:HYCOM模式对黑潮季节变化的模拟较好,而OFES模式对黑潮年际变化的模拟较好。吕宋岛以东黑潮和台湾岛以东黑潮在季节与年际尺度上的变化规律均不相同,且受不同动力过程控制。吕宋岛以东黑潮呈现冬春季强而秋季弱的变化规律,主要受北赤道流分叉南北移动的影响;而台湾岛以东黑潮呈现夏季强冬季弱的变化特点,主要受该海区反气旋涡与气旋涡相对数目的季节变化影响。在年际尺度上,吕宋岛以东黑潮与北赤道流分叉及风应力旋度呈负相关,当风应力旋度超前于流量4个月时相关系数达到了-0.56;而台湾岛以东黑潮的流量变化则受制于副热带逆流区涡动能的变化,且滞后于涡动能9个月时达到最大正相关,相关系数为0.44。本研究对于深入理解不同流段黑潮的多尺度变异规律及其对邻近海区环流与气候的影响具有重要意义,同时对于黑潮研究的数值模式选取具有重要参考价值。     

南海东北部及台湾海峡附近环流的一个耦合模式Ⅰ.模式的建立及背景

通过对南海东北部及台湾海峡邻近海域环流产生影响的各个动力因子进行量级分析,在Hurlburt等人数值模式的基础上,建立起分区性的正压、斜压耦合模式,以便能反映大陆架、大陆坡变化剧烈的底形效应对边缘海环流的影响。将该模式用于南海东北部及台湾海峡附近环流的数值研究。初步的试验计算结果表明,耦合模式能克服两层模式易发生"交面"和"交底"等现象的缺点,同时能反映斜压效应及底形效应的影响,使模拟的计算结果更切合实际,即：（1）黑潮通过巴士海峡侵入南海海域,并导致东沙群岛附近终年存在一个气旋涡;（2）台湾海峡西南海域的大陆架－大陆坡底形效应十分重要;（3）海水在台湾海峡的流动基本上为N向流动,流量约为2×10~6m~3·s-1;（4）模式中有类似于南海暖流的海流出现。     

南海东北部夏季逆风流数值模拟

以１９３９－１９７８年７月平均风场代表夏季风，数值求解南海流场对风应力输入的响应。结果表明，即使盛夏仍有黑潮水经巴土海峡流入南海；风应力与陆坡地形相互作用的影响。在１１６Ｅ以西陆坡上占优势，形成辐射上升，生成低水位带及冷水带，其北侧生成夏了逆风流；１１６Ｅ以东陆坡上，黑潮水占优势，具有向北分量流速的黑潮水在那里辐聚下沉形成高水位带及暖水带，其北侧生成东北向顺风流。     

夏季闽浙沿岸上升流的数值研究

将闽浙沿岸作为研究海区,采用σ坐标下三维斜压非线性的浅海陆架数值模式研究风、边界流(台湾暖流、黑潮、长江冲淡水)、潮及地形等动力因子对上升流形成的影响。结果得出：西南季风是影响夏季闽浙沿岸近海岸区域上升流形成的重要因子;台湾暖流对闽浙沿岸上升流的形成起主要作用：黑潮对台湾岛以东海域上升流的形成影响较大;长江冲淡水不利于夏季闽浙沿岸上升流的形成,尤其是浙江沿岸;地形对闽浙沿岸上升流的形成作用较显著;M^2分潮对闽浙近海岸区域及台湾澎佳屿附近海域上升流的形成影响较大;本文在对夏季闽浙沿岸海区水文结构的模拟中,同样得出夏季沿岸的低温高盐区与本文所计算出的三个较强的上升中心一致。     

源区黑潮季节变异及其动力机制的数值研究

应用POM2K模式对中国海黑潮区气候态平均环流进行了数值模拟。采用正交曲线网格, 模式区域为太平洋海盆, 特别的在中国海区域进行加密并较好的拟合了岸线; 垂向分为21层, 并在海表9层以上采用对数网格分布; 采用COADS气候态月平均的风应力, 并将模式的温度结果和MODIS月平均的SST数据进行同化, 然后将模式模拟出的流量、海表高度异常同实测数据和卫星观测数据进行了对比验证, 结果均显示模拟结果可信度较高。接着本文探讨了北赤道流分岔位置季节性的变化对源区黑潮流量的影响, 结果表明, 秋冬季节北赤道流分岔位置较靠北, 源区黑潮流量较大, 而春夏季节北赤道流分岔位置较靠南, 黑潮流量较小。在此基础上, 针对源区黑潮的动力机制进行了数值实验。实验中主要考虑了以下动力因子对源区黑潮季节性变化的影响: (1)风应力; (2)非线性; (3)黑潮的斜压敏感性, 然后通过与控制实验的对比, 讨论了不同的动力因素对吕宋海峡净流量和吕宋海峡上层环流场的影响。     

模式参数的不确定性对日本南部黑潮大弯曲路径预报的影响

基于1.5层浅水方程模式,利用条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,研究模式参数的不确定性对黑潮大弯曲路径预报的影响。研究表明,单个模式参数误差如侧向摩擦系数误差、界面摩擦系数误差以及在不同季节具有不同约束的风应力大小误差,对黑潮大弯曲路径预报的影响较小,并且对背景流场的选取具有一定的敏感性;所有模式参数误差同时存在时对黑潮大弯曲路径预报具有一定的影响,并且预报结果在9个月左右不能被接受。因此,要提高黑潮大弯曲路径的预报技巧,模式中的参数需要给出更好的估计。     

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     

1987及1988年夏季西北太平洋主流系和水位与大气环流关系的数值研究

用一个包括风应力项的二维绝热非线性数值模式计算分析了1987及1988年夏季北太平洋主流系和水位与大气环流的关系。将模拟的1987和1988年流场作比较可知:1987年南赤道流较弱,而北赤道逆流、北赤道流及北太平洋流较强,同时各流系位置也都偏南1—2个纬距;模拟的1987年黑潮及对马暖流也明显比1988年强。分析表明,1987年夏季南赤道流弱、北赤道逆流强的主要原因是该年东南信风弱,而北赤道流、黑潮及对马暖流较强则主要与该年12°—25°N之间较强的东风以及东海较强的南风有关。模拟结果可对管秉贤提出的夏威夷群岛附近风应力涡度与黑潮强度的统计关系给出一个动力学解释。根据1987及1988年夏季气压场及风场对比分析。可以认为1987年北赤道流、黑潮及对马暖流较强可能与1987El Nino年副热带高压较强有关。     

用广义随底坐标海洋模式研究南海2000年夏季环流

基于2000年8月在南海调查航次得到的水文资料,首次采用广义随底坐标形式的改进POM模式对南海夏季环流进行了数值研究.用正交曲线性水平网格覆盖观测区域,在垂向上对近表海面层次采用近似z坐标,而近底层则为随底坐标.在计算海区实际地形及假设的水平均匀而垂直层化的密度分布下,实施的两个数值计算试验表明,本模式采用的垂直坐标方案比传统的σ坐标方案优越,随底坐标模式因压力梯度项在起伏地形下产生的系统计算误差将变得十分的微小.在南海2000年夏季环流的实际计算中,首先对观测资料进行了60d的诊断计算,然后在诊断已得到的动力场结果基础上,又进行了10d左右的预报运行得到半诊断结果.从计算结果来看,它依赖于参数C_vis与C_dif的选择,特别是参数C_vis,文中取值为C_vis=C_dif=008.比较诊断与半诊断两个计算过程的结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别.这是因为半诊断计算的方法对密度场作适当的动力调整,使其与地形、风场等更加匹配.在大尺度环流结构不受影响的情况下,尽可能地消除了小尺度噪声,可使计算得到的流场更为清晰.2000年8月南海计算区域环流的最大特点是多涡结构,其中有些反气旋暖涡和气旋式冷涡相间分布.在越南东南海域自表层至1000m水层稳定存在着一个显著的反气旋暖涡,其中心位置在11°51'N,112°07'E(诊断计算),水平尺度约为300km.此暖涡以东存在一个气旋式冷涡,这两个冷、暖涡是研究海区夏季环流的重要环流特征之一.在计算区域东北部夏季环流以反气旋环流系统为主;在计算区域东南部夏季环流以气旋系统为主;南海夏季环流分布,明显出现西部强化特征.     

三维斜压模式对冬季南海环流的数值计算

用一个三维、自由表面、原始方程模式对南海环流进行了计算.计算结果表明:黑潮在巴士海峡以西呈一反气旋弯曲流动路径,有一相对高温高盐的水舌从巴士海峡伸入南海,表明有部分黑潮水侵入南海.冬季南海的一些观测事实在模式结果里得到了很好的反映,像冬季逆风向东北方向流动的“南海暖流”和一些中尺度涡旋.同时还分析了巴士海峡沿120.75°E断面的流速和盐度的垂直结构,并同观测结果进行了比较.根据模式结果,我们还进一步讨论了“南海暖流”的形成和驱动机制.     

南海深水区季平均海流的诊断计算

根据南海温、盐度历史观测数据的季平均值和季平均风应力场,采用三维非线性海流诊断模式,对南海大陆架外深水海区四季平均流场进行了数值模拟计算。所得的南海四季环流总趋势以及一些中小尺度的涡旋现象,同已有的一些研究结果基本相符。此外,还较好地反映了南海海流的季节变化特征和流场在不同深度的分布特点。     

南海深水区季平均海流的诊断计算

根据南海温，盐度历史观测数据的季平均值和季平均风应力场，采用三维非线性海流诊断模式，对南海大陆架外深水海区四季平均流场进行了数值模拟计算。所得的南海四季环流总趋势以及一些中小尺度的涡旋现象，同已有的一些研究结果基本相符。此外，还较好地反映了南海海流的季节变化特征和流场在不同深度的分布特点。