南海在1997/1998年El Ni(~n)o事件后的异常变化

基于NOAA OISST.V2月平均SST资料和FSU月平均风应力资料对南海的SST和风场异常进行了分析,发现:南海对1997/1998年El Nino事件响应最为强烈,并在1997/1998年冬季和次年的夏季SST存在2个异常高峰值,风速存在2个异常减小的极值.为研究南海环流在1997/1998年的异常变化,利用ECOM水动力模型计算了1995-2000年的南海环流场,分析了1998年1月和8月南海水位和环流的异常分布,二者均存在显著的异常:①1月,整个南海海盆为正的水位异常,流场为反气旋异常环流,冬季控制整个南海海盆的气旋式环流减弱;②8月,南海海盆水位为正异常,特别是越南东部海区出现较强的正水位异常,南海南部的高水位中心扩大北移;异常流场表现为南部为气旋式异常环流,北部为反气旋的异常环流,且在越南东部海区形成非常强的反气旋异常环流中心,使得控制南海南部的反气旋环流和北部的气旋环流均减弱.风应力的分析表明,风应力旋度的异常变化是南海环流年际异常变化的主要因素.     

南海在1997/1998年El Nio事件后的异常变化

基于NOAA OISST.V2月平均SST资料和FSU月平均风应力资料对南海的SST和风场异常进行了分析,发现：南海对1997/1998年El Nio事件响应最为强烈,并在1997/1998年冬季和次年的夏季SST存在2个异常高峰值,风速存在2个异常减小的极值。为研究南海环流在1997/1998年的异常变化,利用ECOM水动力模型计算了1995—2000年的南海环流场,分析了1998年1月和8月南海水位和环流的异常分布,二者均存在显著的异常：①1月,整个南海海盆为正的水位异常,流场为反气旋异常环流,冬季控制整个南海海盆的气旋式环流减弱;②8月,南海海盆水位为正异常,特别是越南东部海区出现较强的正水位异常,南海南部的高水位中心扩大北移;异常流场表现为南部为气旋式异常环流,北部为反气旋的异常环流,且在越南东部海区形成非常强的反气旋异常环流中心,使得控制南海南部的反气旋环流和北部的气旋环流均减弱。风应力的分析表明,风应力旋度的异常变化是南海环流年际异常变化的主要因素。     

南海北部中尺度涡的时空分布特征:基于卫星高度计资料的统计分析

中尺度涡在南海活动频繁,尤其是持续时间长的强中尺度涡对海区内多尺度环流系统的能量输送和物质搬运具有重要调控作用。利用AVISO卫星高度计资料和最外层闭合等值线法,对2011—2018年南海北部的中尺度涡进行识别和追踪,重点讨论中尺度涡在最近几年的时空分布变化。统计结果显示,南海北部平均每年生成8.6个反气旋涡和4.5个气旋涡(持续时间大于28天),其中近1/3为强中尺度涡(持续时间大于45天),表现出较强的涡动能和非线性等动力特征,基本与前人统计的其他年份结果一致。南海北部中尺度涡的生成地点、传播路径以及活动频率分布具有显著的季节变化特征。对比发现,反气旋涡在秋季和冬季主要形成于吕宋海峡北侧,沿等深线向西南移动,最高活动频率超过30%;夏季主要在菲律宾吕宋岛西侧形成,平行于纬线向西移动。而气旋涡在冬季和春季主要形成于吕宋海峡西侧,向西南移动,最高活动频率约为26%。另外,台湾岛西南岸外易生成强中尺度涡涡对,综合黑潮指数进一步分析发现,黑潮入侵南海形成流套是促使该强涡对生成的主要机制。     

南海中尺度涡研究进展

近20年以来,南海环流及中尺度涡的研究得到了国内外海洋学家相当的重视,取得了许多研究成果。随着高度计资料的广泛应用以及涡分辨率数值模式的发展,南海中尺度涡的研究越趋活跃。简要介绍南海大尺度环流的主要工作,并着重分析南海多涡结构观测以及形成机理研究方面的主要进展。     

南海南部海洋环流研究的新进展

综合近期南海南部环流研究的主要成果,描述南海南部的主要流系及其变化。指出研究海区环流主要由季风所驱动。东北季风期,其西部主要由气旋式环流所控制,东部则受较弱的反气旋式环流控制,在二者结合部形成强的逆风海流。西南季风期,海区大部分受反气旋式环流控制,其北侧为一气旋式环流,二者结合部形成强的东向离岸流。还讨论了环流的演变特性和流涡的形成机制。     

北太平洋Rossby波研究进展

系统地阐述了北太平洋Rossby波在卫星观测、理论扩展及模型应用3个方面的研究成果.随着卫星观测技术的发展,明显地探测到海表面信号的Rossby波特征,且观测到波速在热带外大于自由Rossby波理论值.为解释这个波动加速现象,在自由Rossby渡理论的基础上,考虑了大气强迫、非静止基流及海底地形等因子的作用,使得Rossby波的波动理论得到了扩展.而关于风应力强迫Rossby波的线性理论模型主要有3类:一阶斜压Rossby波模型、局地Ekman抽吸模型和Svetdrup平衡模型.这些模型被广泛地应用到北太平洋海表面高度和温度/密度跃层深度等要素变化的机理研究中,得到了不同的模型在大洋的不同区域有不同的作用等结论.最后,对线性Rossby波研究存在的问题进行了初步探讨,提出了需要进一步解决的新课题.     

南海西边界急流影响下的近惯性振荡特征分析

在利用南海西沙海域多年声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测流速资料分析近惯性内波运动的生成、传播等演变特征的过程中,发现冬季和夏季的近惯性振荡频率存在整体性的偏移效应。ADCP所处海域位于南海西边界急流区,冬季和夏季的背景环流分别为东北向和西南向,背景环流的方向性差异可能影响近惯性振荡频率的偏移效应。针对背景环流的不同方向,筛选出其对应的近惯性振荡信号,进行合成分析,探讨南海西边界急流如何影响近惯性振荡特征。从背景涡度的角度对这一影响机制做出了解释:夏季时,东北方向背景环流的水平剪切使得局地产生负的背景涡度,近惯性振荡频率往低频方向偏移("红移"现象);冬季时,西南向背景环流的水平剪切导致局地产生正的背景涡度,近惯性振荡频率往高频方向偏移("蓝移"现象)。     

链接热带东印度洋环流的海洋波动桥梁

热带印度洋环流动力研究对认识海盆尺度物质和水体交换、区域乃至全球气候变化具有重要意义,亦服务于人类的生产生活。回顾了近年来基于中国科学院南海海洋研究所热带印度洋观测取得的环流动力方面的研究进展,探讨提出海洋波动桥梁概念,即：赤道波通过水平传播、垂向传播和东边界反射,在赤道上混合层、次表层和中深层调制着赤道流系的生成与变化;随着波动能量在东边界以沿岸开尔文波和反射罗斯贝波的形式往外赤道传输,赤道动力过程亦调节着外赤道的环流结构变化。作为能量传输的十字路口,海洋东边界是环流变化的动力支点。在其支撑下,海洋波动成为环流间重要的能量纽带,贡献于环流的动力联系,是东印度洋环流多尺度变化的重要内因。基于观测,初步探讨了大尺度气候模态等外因对热带东印度洋环流的影响。凝练的海洋波动桥梁动力学框架,为进一步研究热带印度洋的环流的特征、变化及影响提供科学启示。     

大气对海洋中尺度涡响应的研究进展

海洋中尺度涡广泛分布于全球海洋且能对大气造成显著影响。在全面陈述大气边界层和局地环流对中尺度涡响应的基础上,论述了与其相应的物理机制,并系统介绍了有关中尺度涡对天气系统影响的最新研究进展。(1)中尺度涡引起的海表温度异常通过改变湍流热通量来引起洋面风速、散度以及云量和降水的异常,并在垂直方向上产生异常的次级环流。并且,大气对中尺度涡的响应有明显的区域和季节差异。(2)在南海、黑潮延伸区和南大洋,中尺度涡可分别通过改变海表面气压或大气边界层稳定度来影响其上的洋面风速。通过分析大气异常中心与中尺度涡的位相关系并配合动力诊断可区分这2种机制。(3)中尺度涡能改变大气中的能量转换从而影响风暴路径和急流位置,并能通过遥相关影响下游地区的天气型。此外,中尺度涡所造成的海洋上层温度变化还将对热带气旋的增强和维持起重要作用。     

南极海冰增加对全球7月气候的影响

采用了OSU两层大气环流模式进行数值试验, 研究了南极海冰增加的气候效应.试验中海温取为气候平均值, 南极海冰作为外强迫源影响大气, 大气响应完全是环流内部调整的结果.调整的途径首先是对外强迫的局地响应--南极下垫面的温度发生变化, 结果使得冬季南大洋绕极低压带的位置偏北、强度增加, 南半球大气以强经向环流为主, 绕极气旋强大活跃.这种变异主要以Rossby波列的形式影响到南半球的中高纬度, 再通过斜压的越赤道气流, 即经向热交换的变化影响到北半球的大气环流, 导致北半球夏季大气环流呈纬向分布, 极地冷空气活动减弱.大气环流的变异又影响到气候诸要素, 反映明显的是越赤道气流在印度洋上的加强和太平洋上的减弱, 使得西南季风加强, 东南季风减弱; 太平洋副高位置的偏北, 导致中国华北、华东和江淮流域少雨、高温, 北美中高纬度严重多雨和低温.     

Review of the Atmospheric Response to the Ocean Mesoscale Eddies

As one of the most important mesoscale ocean features, the mesoscale eddies are omnipresent and have significant impact on the overlying atmosphere. Based on the comprehensive review of the influence of mesoscale eddies on the atmospheric boundary layer and the local circulation, the corresponding physical mechanisms and their impacts on weather systems were presented systematically. ①Eddy-induced SST anomalies may modify the surface wind speed, horizontal divergence, cloud and precipitation through turbulence heat flux anomalies. Meanwhile, additional secondary circulations arise over the eddies. What is more, there are obvious regional and seasonal differences for atmospheric responses. ② Studies in the South China Sea, the Kuroshio Extension region and the Southern Ocean indicate that atmospheric responses to mesoscale eddies can be explained by the changes of sea level pressure or the vertical momentum transport. These two mechanisms can be distinguished by the phase relationship between the atmospheric anomaly center and the eddy core. Diagnosis on the inner dynamical processes may draw better conclusions. ③The energy conversions are affected by mesoscale eddies, which may affect storm tracks and jet streams, and finally result in distant influences on weather patterns. Moreover, sea temperature anomalies from sea surface to the thermocline associated with mesoscale eddies have significant impacts on the intensification and the maintenance of tropical cyclones.     

南华海泥盆纪烃源岩的古氧相和缺氧环境模式——以广西中、上泥盆统为例

缺氧条件是形成和保存优质烃源岩的重要条件。古氧相的研究对查明海相优质烃源岩时空分布、恢复地史时期古环境演化具有重要意义。泥盆纪时期,南华海受陆内裂陷作用影响,形成台地(滨岸台地和孤立台地)与台沟间列的盆地格局。不同的控制因素控制了古氧相的类型。在台沟和钦防裂陷海槽中,海水分层控制了泥盆纪的古氧相类型和变化。台沟和钦防裂陷海槽以厌氧相与准厌氧相为主。在台地相区,海平面变化控制了古氧相的类型和分布。台地相区的古氧相主要是常氧相和贫氧相。南华海中、晚泥盆世硅质沉积、磷质沉积发育,有机质丰富,形成了有机质-硅质-磷质沉积三位一体的特征,指示上升流作用明显。南华海地区泥盆纪位于赤道附近的信风带,向西的表面洋流越过南华海在西部形成离岸流,海底海水向东补充形成上升的底流,也说明了泥盆纪南华海上升流存在的可能性。     

Temporal and Spatial Characteristics of Mesoscale Eddies in the Northern South China Sea: Statistics Analysis Based on Altimeter Data

Mesoscale eddies are active and energetic in the South China Sea (SCS), and play an important role in regulating the multi-scale circulation and mass transportation in the region, especially for those long-lived strong eddies. Using AVISO altimeter data and outermost closed contour sea level anomaly method, this study identified and tracked mesoscale eddies in the northern SCS during 2011-2018, and focused on the temporal and spatial characteristics of mesoscale eddies in recent years. Similarly to previous results in this region, statistical results show that about 8.6 anticyclonic eddies and 4.5 cyclonic eddies (lifetime > 28 days) were born per year. Among them, about 1/3 of the total number are strong eddies (lifetime > 45 days), showing relatively strong dynamic characteristics, such as strong Eddy Kinetic Energy (EKE) and highly nonlinear feature. Statistics also show significant seasonal variability in mesoscale eddies’ birth places, trajectories and distribution of frequency of occurrence. Specifically, anticyclonic eddies mainly form at the north part of Luzon Strait between autumn and winter, and then move southwestward along isobaths. During this period, the largest value of the frequency of occurrence is over 30%. In summer, most of them form in the west off Luzon Island, and then move westward paralleling to latitude lines. In contrast, cyclonic mainly form in the west off Luzon Strait, and then move westward in winter and spring. During this period, the largest value is about 26%. In addition, observation finds that the strong mesoscale eddy pair could generate off the southwest of Taiwan Island. Analysis of the Kuroshio SCS Index (KSI) implies that loop current caused by Kuroshio intrusion is the most important mechanism for the formation of eddy pair.     

南海北部陆缘盆地形成的构造动力学背景

摘要：南海北部陆缘盆地处于印度板块与太平洋及菲律宾海板块之间,但三大板块对南海北部陆缘盆地的影响是不同的。通过对三大板块及古南海演化的研究,可知南海北部陆缘地区应力环境于晚白垩世发生改变。早白垩世处于挤压环境,晚白垩世以来转变为伸展环境并且不同时期的成因不同。晚白垩世-始新世,华南陆缘早期造山带的应力松弛、古南海向南俯冲及太平洋俯冲板块的滚动后退导致其处于张应力环境。始新世时南海北部陆缘裂陷盆地开始产生,伸展环境没有变,但因其是由太平洋板块向西俯冲速率的持续降低及古南海向南俯冲引起的,南海北部陆缘盆地继续裂陷。渐新世-早中新世,地幔物质向南运动及古南海向南俯冲导致南海北部陆缘地区处于持续的张应力环境;渐新世早期南海海底扩张;中中新世开始,三大板块开始共同影响着南海北部陆缘盆地的发展演化。     

Hindcast/forecast of ENSO events based upon the redistribution of observed and model dynamic height in the Western Tropical Pacific, 1964–1986

Anomalous sea level, anomalous observed dynamic height (0/400 db) and anomalous model dynamic height are examined at the locations of 13 island sea level stations in the tropical Pacific for each bimonth of the four year period 1979 to 1982. Starting in 1981, the anomalous dynamic height data show off-equatorial Rossby waves propagated toward the W boundary of the Pacific basin. At the W boundary, the model Rossby wave activity was found to have excited coastally trapped Kelvin-Munk waves which transmitted the anomalous dynamic height equatorward. At the equator, coastally trapped wave activity excited eastward propagating equatorial Kelvin waves, yielding a pair of anomalous peaks in dynamic height variability in the E equatorial Pacific associated with the 1982–1983 ENSO event. The evolution of the peaks in dynamic height associated with the Rossby and Kelvin wave activity reflects the redistribution of observed upper-ocean heat content in the W tropical Pacific, providing a qualitative hindcast for the 1982–1983 ENSO event. In consequence of these results, and the results of a related study (Inoue et al. 1985), the redistribution of both observed and model heat content, as evidenced in dynamic height in the W Pacific during the 23-year period 1964–1985, is examined for its ability to hindcast and forecast ENSO events in this period. Complex EOF analysis is applied to the Onset Phase of ENSO events occurring in 1968–69, 1972–73, 1976–77, and 1982–83; it is used to determine the characteristic redistribution of heat content (dynamic height) prior to the Mature Phase of ENSO events. This analysis found both model and observed dynamic height in the N hemisphere to be characterized by wind-driven, westward propagating, baroclinic Rossby wave activity, having a remarkably stable period of 3 years over the 23-year period. The complex time series associated with these first spatial eigen-functions are used to construct observed and model hindcast indices that yield high values one year prior to the Mature Phase of ENSO events of the period. These indices achieve these values due to the incidence upon the Philippine coast in fall/winter of a positive anomaly in dynamic height propagating from the east at nondispersive Rossby long wave speeds.     

青藏高原雨季降水的水汽条件研究

利用1961—2017年青藏高原109站降水量资料、NCEP全球逐月再分析资料,讨论了雨季期间高原的水汽输送特征。结果表明：高原雨季降水呈显著的年际变化特征,高原雨季降水主模态为南北反向型和全区一致型。气候态高原雨季的水汽输送路径为来自阿拉伯海的偏西风水汽输送,在孟加拉湾附近分为三支水汽输送气流：一支向北输送,自高原南缘输入;一支在南海附近转为偏南风水汽输送,自东南侧输入高原;一支受高原大地形的阻挡作用,转为偏西风水汽输送。在全区一致型降水偏多年,高原主体呈现北部弱辐合、南部辐散的分布形态;在全区一致型降水偏少年,来自阿拉伯海偏南水汽输送在25° N附近转为偏东水汽输送,在高原南缘形成较强的水汽辐合中心。雨季期间高原各边界的水汽收支情况表现为西、南、东边界以水汽输入为主,北边界为水汽输出,南边界水汽输入量最大,西边界次之。     

中国边缘海域及其邻区的岩石层结构与构造分析

利用中国边缘海域近年的地震层析成像结果,根据速度异常和各向异性分析东海、黄海和南海北部的岩石层结构和构造,讨论中朝块体和扬子块体在黄海内部的拼合边界(黄海东部断裂带)、东海陆架盆地上地幔异常与岩石层形成演化、南海北部地壳底部高速层的成因及地幔活动等问题。分析表明,黄海东部与朝鲜半岛之间存在一个深部构造界限(大致对应于黄海东部断裂带),分界两侧Pn波速度各向异性存在明显差异,反映不同构造应力和断裂剪切运动作用下的岩石层地幔变形特征。东海陆架下方的低速异常揭示了张裂盆地形成时期的地幔活动痕迹,表明中、新生代期间发生过地幔上涌并造成岩石层减薄,菲律宾海板块向西俯冲引发的地幔活动对东海陆架岩石层的形成、演化产生明显的影响。南海北部岩石层厚度较大并且温度相对偏低,地幔异常仅限于局部地区,估计南海北部大陆边缘的地壳底部高速层形成于张裂发生之前,或者是地壳形成时期壳幔分异时的产物。南海中央海盆的扩张不仅导致地壳拉张,软流层物质上涌,而且也造成岩石层地幔减薄甚至缺失。     

利用回归模型模拟卫星跟踪海洋漂流浮标轨迹

分析浮标漂流速度和表层地转流、风海流结果表明：浮标漂流速度和表层地转流具有良好相关性。针对卫星跟踪漂流浮标运动的准地转性,建立了以海表地转流为主要回归自变量的几种回归模型,用以模拟浮标漂流轨迹,以期对浮标运动特性有进一步的认识。对南海中伴随涡旋运动的2个浮标模拟试验显示,诸多模型中以海表地转流、风海流及背景流为自变量的回归模型模拟浮标漂流轨迹效果较好。利用该回归模型,模拟出南海2个漂流浮标轨迹和真实轨迹距离偏差较小且二者运动趋势基本一致。通过分析回归模拟所得风海流、海表地转流及背景流发现：涡旋中心附近浮标漂移主要受地转流的控制,而涡旋边缘处风海流起到关键性作用,正是这部分贡献使得浮标能够进入（脱离）涡旋。背景流的空间分布决定着浮标漂移的最终去向,特别是背景流方向改变的区域,背景流的存在使得模拟浮标轨迹能够像真实轨迹一样运移。     

南海海域新生代沉积盆地构造演化的动力学特征及其油气资源

通过对构造环境、地球物理场特征、盆地生储盖层发育等方面对比研究, 讨论南海南北部沉积盆地的油气资源分布特征, 为在南海进行油气勘查指明方向.目前油气勘探实践证明, 南海南部的油气资源比北部丰富, 究其原因, 南海北部为被动大陆边缘, 张性沉积盆地的烃源岩体积较小, 而南部挤压环境下形成的沉积盆地的烃源岩体积大; 北部的地热流较南部小, 因此地温梯度也较小, 如北部陆架上的珠江口盆地的热流值在5 3~ 87mW /m2之间, 平均6 7mW /m2, 而南海南部大曾母盆地平均热流值达97mW /m2, 最大值达130mW /m2, 故南部边缘烃源岩的成熟度比北部高; 由于南部边缘处于挤压构造环境, 因此在沉积盆地中形成了许多挤压构造, 而北部边缘一直处于张性构造环境, 形成的构造较少且较小; 同时, 南部边缘沉积盆地中, 烃源岩生烃与构造形成在时间上搭配较好.因此, 在南海南部边缘沉积盆地中形成了许多大型油气田, 而南海北部边缘沉积盆地中, 大型油气田较少, 中小型油气田较多.这就是为什么南海南部边缘的油气资源比北部丰富的地质原因.