台湾海峡暖流成因的研究——冬季逆风流的一种解释

求解渠道中的线性化流动问题,用以模拟台湾海峡中的流动。固有的(由大洋环流维持的)纵向海面坡度和岸边阻挡作用将诱发更大的横向海面坡度,它产生的梯度流强化了台湾海峡暖流。夏季偏南风将加强这股流动,而冬季偏北风将削弱这股流动,并可在表层形成顺风漂流,但次表层以下仍维持逆风海流。海峡中的北向流在靠大陆一侧形成上升流,这可能是构成闽中、闽北上升流的一种机制。     

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。     

1998年8月台湾海峡表层叶绿素a含量的分布特征

根据1998年8月台湾海峡表层温度、盐度、叶绿素a的走航式观测结果 ,讨论了调查期间叶绿素a的分布特征。结果表明 ,夏季台湾海峡存在明显的上升流现象 ,表层较高的叶绿素a含量均位于低水温区。表层叶绿素a最大值出现在上升流区的边缘。作者认为这是上升流中心区与边缘区浮游植物的大量繁殖具有一定的“时间差”的缘故。台湾海峡24°N以南及以北海域 ,由于上升流强度的差异 ,表层叶绿素a的分布变化也明显不同。夏季 ,台湾海峡表层叶绿素a含量呈南高北低的趋势。     

河口环流和盐水入侵Ⅱ--径流量和海平面上升的影响

本文利用本序列上篇论文建立的理想河口数值模式,研究径流量和海平面上升对河口环流和盐水入侵的影响.在径流量增大的情况下,口门内表层向海的流速增大,底层向陆的密度流减弱,滞流点下移.口门外侧向口门的密度流增大,上升流趋于增强.口门内盐水入侵减弱,口外盐度减小、冲淡水扩展范围增大.在口门上游北岸底层盐度下降明显,口门处南岸表层盐度下降明显.径流量变化对盐水入侵影响十分巨大.在海平面上升的情况下,拦门沙区域向陆的密度流增强,滞流点上移,表层向海的流动增大.口门内盐水入侵增强,口外盐度增大,冲淡水扩展范围减小.海平面上升对盐水入侵影响十分明显,北岸底层盐度增大尤为特出.     

台湾海峡西部沿岸上升流的中心位置和共同特征探讨

台湾海峡有多个上升流区存在，其中西部海区的海坛岛东，东山岛东南和台湾浅滩南部外区三处上升流最活跃和持续时间最长。本文依据１９８３至１９８９年期间在台湾海峡西部和中部的三次海洋综合调查资料，着重探讨了上述三处上升流出现和消失的时间冷水中心位置，指出它们共同特征是每年出现的或消失的时间基本稳定不变，并随北向海流和风要素的变化而长消。     

台湾海峡西南部海域春季悬浮体及沉积物来源与输运机制

台湾海峡作为连接东海和南海的重要通道,其悬浮体和沉积物的来源和输运格局非常复杂。2005年4~5月利用带有浊度传感器和荧光传感器的SD204型CTD对台湾海峡西南部海域627个站位的悬浮体特性进行了综合调查,并采集了底层沉积物。在室内分别利用英国Marlvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪和德国ELEMENTOR公司生产的ELEMENTOR varioELIII型元素分析仪对表层沉积物进行了粒度分析和沉积物碳、氮含量测定,结果表明,台湾海峡西南部海域春季受粤东沿岸流、韩江冲淡水、九龙江冲淡水及台湾海峡混合水影响,其中粤东沿岸流在向北输运过程中影响强度逐渐减弱,韩江冲淡水影响范围较大,并且在西南季风的控制下向东北方向输运;长时间尺度的沉积物输运格局表明,近岸沉积物由岸向海输运,远海地区沉积物由海向岸输运,并且在汕尾南部海域、南澳岛东南部海域形成了沉积物的汇聚区,沉积物以陆源为主;表层沉积物的输运过程受控于区域内水团、悬浮体分布及运动格局;在春季上升流形成早期尽管叶绿素荧光值相对较低,但其对表层沉积物的输运过程起着非常重要的控制作用。     

台湾海峡的上升流

上升流是指海水从下层往海面涌升的现象。由于它能把次表层富有营养的海水带到表层,因此对生物有重要影响。台湾海峡有丰富的渔业资源,仅在福建沿海的渔场总面积卽超过4万平方海里;显然,调查和研究台湾海峡的上升流具有重要的意义。     

台湾海峡1999年8月表层温盐的走航式观测

利用1999年8月台湾海峡的调查资料中走航式温盐仪的资料，对该海区的表层温盐分布进行分析。分析结果表明：调查期间在该海区存在多处上升流和冲淡水。台湾海峡调查海区的上升流区大致可分为两类：（1）海峡西部沿岸上升流区：平潭上升流区、东山上升流区和南澳上升流区；92）台湾浅滩附近的上升流区。冲淡水主要有九龙江冲淡水、珠江冲淡水和闽江冲淡水，此外还有粤东沿岸水。     

台湾海峡南部夏季的颗粒有机碳

根据2004年夏季、2005年夏季和2006年夏季3个航次观测的颗粒有机碳(POC)数据,表层POC含量的分布表现出近岸高、远岸低的特点,表层和次表层POC含量的高值区出现在东山以东以及南澳附近上升流区。沿岸流较强的2005年和2006年航次具有相对丰富的总悬浮颗粒物(TSM)含量。浮游植物是该区POC的主要来源。各航次的POC含量与叶绿素a(Chl a)含量正相关,所有航次统计的Chl a/POC与Chl a呈正相关,上升流区Chl a/POC偏小,上升流较强的航次高Chl a区的Chl a/POC也偏小,反映了上升流与高营养转换效率浮游生物生态在空间和时间上的联系。根据Chl a/POC~Chl a关系图判断,台湾海峡南部海域1988年、1998年和2004年夏季航次的浮游生物营养转换效率受到相对抑制,而在上升流信号较强的2005年和2006年夏季航次,上升流区的浮游生物高营养转换效率状态得以强化。各航次的POC含量和Chl a/POC比值与TSM含量正相关,POC/TSM比值与TSM负相关,沿岸流带来的陆源悬浮颗粒物通量波动,并没明显干扰台湾海峡南部以海洋浮游生物生态主导的颗粒有机碳生物地球化学循环格局。     

台湾海峡西北部表层沉积物中有孔虫分布对沿岸上升流存在的响应

对台湾海峡西北部福建平潭岛附近海域337个表层沉积物样品中的有孔虫进行分析鉴定,研究结果表明浮游有孔虫优势种Globigerinoides sacculifer、G.ruber、Globigerina bulloides的分布及底栖有孔虫组合受到不同水团的影响。根据浮游有孔虫上升流指示种G.bulloides、底栖有孔虫组合和高营养盐深水种的分布特征,对研究区受夏季沿岸上升流的影响范围和程度进行评估。研究区沿岸上升流主要分布于东南部水深大于40m的海域及平潭岛东部水深20m附近,最远可达水深低于10m的海湾内部分区域,但强度相对减弱,水深较浅的陆地和岛屿边缘附近未受沿岸上升流影响。平潭岛东北部到南日岛西南部水深10~30m部分区域由于受到冬季浙闽沿岸流的影响,沿岸上升流在该区域的沉积记录缺失。     

东亚气候的年代际变化对中国近海生态的影响

回顾了近几十年来中国近海赤潮的发生,利用长时间序列NCEP、ERA-40、HadISST和SODA等大气海洋高分辨率的再分析资料以及经验正交函数（EOF）方法,分析了近50a来东亚气候的异常变化,包括东亚夏季大气环流的年代际变化,东亚大气环流散度场、中国近海表层海温（SST）和经向海面风应力的时空特征及其与中国近海环境和生态异常的联系.结果表明,20世纪70年代末以来,中国大陆东部和东海近岸从长江口至台湾海峡附近海域上空的低层大气辐合表现为年代际增强,与该海域赤潮的发生在气候态时间尺度上有显著的对应关系,而低层大气辐合的偏强则有利于该海域上升流的形成和加强,易促使沉积于海底的营养盐和蛰伏的赤潮藻孢囊（休眠细胞）运移至海水表层;并且,近30a来中国近海出现了SST持续上升和经向海面风应力不断减弱等有利于赤潮发生以及海洋生物地理分布变化的年代际气候异常现象.这表明东亚海洋大气的年代际异常可能是该海域20世纪70年代末以来赤潮等生态灾害频发和中国近海海洋生物地理分布变化尤其是鱼类物种北移的重要原因之一.     

闽中沿岸上升流特征和成因分析

综合分析了前期（１９６３－１９６４年）和近期（１９８３—１９８４年、１９８７—１９８８年）台湾海峡区的温度、盐度、水化学要素和海流等资料，进一步确证了夏季闽中沿岸海域存在的低温、高盐和低溶解氧且不饱和区是深底层海水涌升所造成的。该上升流中心位于海坛岛附近海域，涌升水一般可升至１０ｍ层左右。上升流显现于５月末，７月最盛，衰退于８月末，其分布范围及理化特征具有明显的月际和年际变化。分析表明，该上升流的形成主要是Ｎ向海流和地形的综合效应所导致，但盛行的西南季风亦是一个不可忽视的因素。     

台湾海峡南部上升流区亮氨酸氨肽酶活性的初步研究

2006年夏季，在台湾海峡南部上升流区调查了亮氨酸氨肽酶活性（LAPA）的分布，跟踪分析了上升流过程中该酶活性的变动规律，探讨了环境因子对该海区LAPA的影响及水华过程中亮氨酸氨肽酶的应对机制。结果表明，台湾海峡南部近岸区的IAPA明显高于浅滩区和陆架边缘区，推测溶解有机氮（DON）是影响LAPA的主要因素。上升流过程中，LAPA呈现递增趋势（尤其是表层），在垂直方向上的分布总体表现为表层〉10m〉15m以深，随着水华的发展，LAPA逐渐升高，浮游植物水华后期产生的大量DON，可诱导亮氨酸氨肽酶表达至最大值。     

春季东海不同水域的表层叶绿素含量

利用１９９４年春季在东海及台湾海峡首次获得的表层水中绿素含量大面走航连续观测资料，结合温盐分布及以往的有关东海及台湾海峡的海流和上升流的结论，分析了春季东海表层叶绿素含量在不同水域的分布特征。结果表明，叶绿素含量分布与水文结构关系密切。叶绿素含量值随不同海流流域而变，但在各海流流域内基本不变，黑潮表层水的叶绿素含量最低，其次是台湾暖流表层水，长江冲淡水与江浙沿岸流域的叶绿素含量较高；黑潮西侧弱流剧     

福建沿岸上升流数值研究Ⅱ.台湾海峡上升流的三维数值模拟

用有限差分法结合新sine-σ坐标变换和三次样条函数性质,建立了适用于台湾海峡上升流计算的三维数值模型.为考察海峡内潮、风、北上的海峡暖流和地形等因子对上升流形成的影响,设计了多种实验方案.结果表明,潮的非线性效应对海峡内上升流的形成有相当重要的影响.潮流和海峡暖流的存在是台湾浅滩上升流形成的主要原因,也是非季风期福建沿岸上升流形成之主因.西南季风盛行期,福建沿岸上升流得以加强,范围扩大,台湾浅滩上升流中心位置南移;东北季风期,福建沿岸上升流在上、中层基本消失,但海坛岛和东山岛近岸下层仍有上升运动存在,台湾浅滩上升流出现范围向北扩展.由于东北风的连续吹刮,台湾西岸亦出现了范围较窄的上升流迹象.计算还表明,海峡内各上升流有明显的季节性和区域性差异.风对海峡内上升流的中、上层结构起主导作用,而潮和海峡暖流则对中、下层上升流的形成起支配作用,因而导致上升流垂向结构的上下异性.     

台湾海峡西部上升流的生成和长消原因分析

台湾海峡西部海域是上升流多发区,近年来已引起众多海洋学家的重视。我国海洋学家通过对台湾海峡区水团、海流和营养盐等的分析研究,不仅得出了台湾海峡西部海域上升流的分布范围和特征,并对其成因也作了探讨,取得了一些有价值的研究结果。由于这些研究都是采用间接方法,因此对上升流的主要成因尚存在不同的看法。本文通过对引起台湾海峡西部海域上升流的各驱动力因子量级的分析,进而判断出上升流的主要成因。     

夏季南海北部浮游植物对上升流与羽状流的响应

文章建立了基于真实场驱动的三维物理—生态耦合模型, 利用模型定量分析了夏季南海北部上升流和羽状流过程对浮游植物生物量空间分布的影响程度及作用机制。首先, 利用2006—2008年卫星遥感数据及2006与2008年夏季观测数据对模型进行了验证, 结果表明, 模型能较好地再现夏季南海北部上升流和羽状流过程, 较好地反映出浮游植物的空间分布特征。模拟分析结果显示, 夏季南海北部浮游植物主要分布在50m等深线以内。琼州海峡东部海域和汕头海域浮游植物垂向分布较为均匀, 上升流的贡献均达到90%以上, 表层水平平流输送是浮游植物主要的汇, 生物过程是浮游植物的源。珠江口和汕尾海域浮游植物存在表层和次表层两个高值区, 羽状流贡献35%~40%, 主要促进表层浮游植物生长, 而上升流贡献60%~65%, 主要促进中底层浮游植物的生长。粤西海域上升流对浮游植物的贡献占92%, 主要促进中底层浮游植物生长, 而表层浮游植物浓度极低。整体上, 夏季南海北部上升流和羽状流主要是通过输送营养盐的方式影响浮游植物的生长。上升流对营养盐的输送作用是向岸方向的爬升输送和平行于等深线的沿岸流输送共同作用的结果。跃层的存在改变了营养盐的垂向输送过程, 是导致上升流和羽状流过程对不同水层浮游植物贡献差异的关键因素之一。整体而言, 夏季南海北部浮游植物空间分布差异是以上升流、羽状流主导, 环流—营养盐—生物过程共同作用的结果。     

夏季台湾海峡海流的计算Ⅰ.三维诊断计算

在σ坐标下建立了一个三维非线性诊断模式,并用于台湾海峡夏季海流的计算.计算结果表明,夏季通过台湾海峡北上的流量为0.83×106m3/s,其中在海峡南边界上,通过东西两半边界的流量分别为0.58×106m3/s与0.25×106m3/s;海峡内水平速度分布东侧最大,西次侧之;上升流普遍发生在福建沿岸;夏季台湾海峡的海流特性,主要是密度流,风海流是其次的.     

白洋淀水循环特点及其对生态环境的影响

在理想假设下,利用MITgcm模式研究了风对白洋淀内水体循环流动的影响。研究指出:(1)风应力可看作是水体循环的主要驱动力;(2)在风应力的作用下,水体表层的流动主方向与风的方向一致,下层水体的流动方向与表层方向相逆或近似相逆;(3)表层以下水体流动复杂,次表层水平流动有明显的双漩涡结构;(4)淀底地形对水体垂向流动影响很大,垂向速度变化复杂,垂向上有双涡流动现象,靠近岸边多有上升流和下降流;(5)淀内水体流动沿着水平和垂向两个方向流动,在冬季和夏季流向相反。在分析以上流动特点的基础上,讨论了流动对各个不同子区域的生态环境可能造成的影响:I区域是一个相对独立的水体区域,该区域内的水体污染物自成系统,与外界交换较少。而对A、B、C、D四个区域内的污染物分布等要统一考虑,四个区域内的水体交换,可看作是一个统一的整体。E、F区域内的水体流动受到上述A、B、C、D四区内双涡流动的影响,但在这两个区域靠近岸边有强烈的上升流和下降流,有可能使得污染物的分布更加复杂。G、H水深很浅,水流速度缓慢,受到污染后污染物不易扩散。