海洋观测能力建设的现状、趋势与对策思考

海洋观测是海洋科学发展的基础和重要支撑,海洋科学的创新发展在很大程度上依赖于海洋观测能力的提升.介绍了国际海洋观测能力的现状和趋势,提出了目前海洋观测能力建设所面临的挑战.针对我国海洋科学发展的需求和海洋观测能力存在的差距,提出了对策思考.     

南海北部神狐海域地质环境综合调查及科学意义

在南海北部神狐海域水合物活跃区域开展了一次综合的海洋地质、物理海洋和生态环境调查，10个站位分布在水深1 000~4 000 m范围内的陆坡和深水盆地区域，是南海北部油气活跃的重要区域和天然气水合物试采区域.航次主要对10个海底站位进行了表层沉积物箱式和重力活塞柱状取样.针对天然气水合物试采区域，开展了一台"海燕"水下滑翔机的海洋物理环境连续走航剖面观测.利用海底地震仪在两个站位开展了连续海底地震和微振动观测.进行了站位的分层水体和沉积物样品中微生物学实验研究.初步航次结果展示了沉积物为黏土和软泥.站位和水下滑翔机走航观测提供了水体内海洋物理环境参数变化特征.海底地震仪观测展示了研究区天然地震活动和可能与水合物活动有关的微震动和短持续事件记录.微生物学实验揭示了沉积物中的微生物细菌群落特征.      

北阿拉伯海的光纤海洋观测网络:成功、挑战和机遇

2005年夏,一个先进的海洋观测网络——包括实时的光纤海洋观测系统和内部存储的自动化观测系统——被投放在了阿曼海和北阿拉伯海并运行至今.在2010年初,其中的自动化观测系统被升级到了新的深水光纤观测系统.这个海洋观测网络是在阿曼农业和渔业部的资助下,由美国的Lighthouse R&D公司设计、开发、安装和维护的.这2个观测系统作为一个整体已经连续工作了7年多的时间.所采集数据包括海流、温度、盐度、压力、溶解氧和浊度等.该海区是一个多水团的汇合区,波斯湾的高盐水和阿拉伯海的低盐水在这里汇合并蔓延南下到印度洋.对采集的数据研究表明,这一观测网络对研究该区域的物理和生物过程具有重要价值.在此,将系统介绍整个观测网络,并简要阐述已经完成和接近完成的4个研究主题:①对阿拉伯海有记载以来最强热带气旋“古怒”的海洋响应的研究;②阿曼海北部的季节性缺氧现象的季节及年际变化和成因分析;③深海声散射层的时空演变;④阿曼海和北阿拉伯海的高温高盐现象的成因.该观测网络采集的长期、连续的时间序列对这一地区的海洋动力研究、水文的季节性变化,以及气候的长期变化等研究都有很大帮助.此外,如果观测网络可以完成25年的设定观测目标,这将对验证和改进海洋环流模式和海气耦合模式具有重要意义.     

底基三脚架在深海观测中的应用

底基三脚架是海底观测的平台之一,它能装备多种观测仪器,长期、稳定地立于海底,进行几乎无干扰的原位观测.底基三脚架已成功应用于深海化学、物理、生物和地质过程的现场观测,取得了大量的重要成果,但在我国的深海研究中还未开展.简述了底基三脚架的概念和发展历史、工作原理、应用及前景等,希望引起我国海洋工作者的兴趣和关注,推动底基三脚架在我国深海观测中的应用和发展.     

海洋科学研究15年回顾与展望

1　海洋科学的研究对象和主要任务海洋科学是一门认识海洋的科学。海洋科学不仅研究巨大的海洋水体部分 ,也研究 :海岸带、河口和滨海湿地———通过这里淡水连续不断地进入海洋 ;海洋与大气界面———这里发生着海气间物质和能量的交换 ;海水和沉积物界面及海底岩石圈等。由于海洋的观测难度大且花费高 ,海洋学家始终致力于大力发展快速、高效和先进的观测仪器和技术 ,并且依托海洋科学调查船、卫星和自动观测系统 (如锚系浮标等 )实施海洋观测。海洋科学主要研究海洋中的物理过程、生物过程、化学过程和地质过程及其相互作用。其分支学科…     

自适应海洋观测

“自适应海洋观测”指固定或移动的海洋观测平台能够根据海洋环境和信号的变化,自主调节测量和运行参数,获取最关键的海洋信息.自主水下航行器运用自适应检测和采样技术,在研究上升流锋面等实验中显示出前所未有的观测准确度和效率.一个海洋观测系统的综合效能,取决于固定平台和移动平台的功能互补以及自适应观测能力的增强.     

2002年国外物理海洋学研究主要进展

在技术进步和多学科交叉的推动下,当今的物理海洋学研究已经大大突破传统的研究范畴。与气候变化相联系的缓慢变化海洋物理过程成为现阶段物理海洋学的核心研究内容之一。世界大洋环流研究计划（WOCE）在经过20年实施后于2002年结束,国际上物理海洋学研究又面临一个新的起点。2002年国外物理海洋学的研究涵盖了与大尺度问题相关的许多领域,主要成果体现在：热盐过程和热盐环流变率、海洋混合、年代际与长期海洋变率、印度洋气候变化、海洋盐度与气候变化、古海洋学、海洋模型等方面。     

全球海洋观测系统展望

一、引言 海洋在全球变化中起着关键性的作用。为了弄清海洋的作用我们必须进行长期的全球资料收集,并由此进行全球性的海洋观测,这需要熟悉海洋以及海洋与大气、陆地耦合的基本知识,以及必须的技术与人力、物力来发展和负担长期的海洋观测活动。 全球海洋观测系统的主要任务是长期、系统地收集物理、化学及生物学的观测资料,从而提供全球海洋现时状况,这些资料也能提供全球气候耦合模式的初始条件。在1990年8月的一份报告中,Henry Stommel曾指出:希望在2000年能得到完善的海洋“动态”模型,以此用来预测海洋涡流事件、厄尔尼诺事件、深水和中间层水构造的异常现象以及污染物扩散等问题,同时也可提供气候模式边界条件。     

海洋涡旋在模态水形成与输运中的作用

模态水在全球气候变化中有着重要作用.但是由于缺乏海洋次表层的高分辨率观测,对空间尺度为百公里的海洋中尺度涡旋如何影响空间尺度大于千公里的模态水的认识仍然欠缺.为了解决这一科学难题,在科技部的支持下,实施了一次成功的海上观测试验.系统梳理了基于该观测数据所发表的有关涡旋影响模态水潜沉和输运的主要研究成果:①捕捉并揭示了中尺度涡导致混合层水潜沉的过程和动力机制;②发现了中尺度涡携带模态水迁移的新路径;③阐明了模态水多核结构的形成机制.研究结果揭示了黑潮延伸体海域中尺度涡旋影响大尺度模态水的物理本质,为该海域多时空尺度海洋—大气相互作用作出了一定的贡献.通过对该次观测试验结果的分析和总结,得到了如下新的科学推论:海洋次中尺度过程对模态水的形成和耗散也具有重要影响.     

西北太平洋黑潮延伸体观测回顾和展望

西北太平洋黑潮延伸体是全球海洋动力过程最复杂、对全球气候变化最敏感和全球海洋渔业产量最大的区域之一,然而,目前对该海区物理、生态及生地化循环等过程的认识仍受限于长期连续海洋观测资料的缺乏。本文回顾了国际上针对黑潮延伸体海区的相关观测情况和取得的主要进展,介绍了近年来我国在该区域观测系统的构建工作及取得的初步成果,包括构建了全球首个西北太平洋黑潮延伸体定点观测系统;发现黑潮延伸体海区海洋涡旋的平流效应对该海区模态水的总潜沉率贡献超过一半,所携带当地的模态水只需要一年半的时间就可到达海盆的西边界;基于潜标首次展示了黑潮延伸体区域3种不同类型次温跃层涡旋流速的直接观测结果,为开展其生成消亡机制及其全球次表层物质能量输运提供了重要的现场观测基础。最后,本文展望了今后观测系统的发展方向,即在跨圈层和多学科交叉方面发展成为我国在西北太平洋重要的深远海综合观测网络。这将为揭示多尺度物理-生物过程耦合、深海能量串级及其气候效应与深海碳循环等领域实现突破提供重要的观测支撑。     

地震海洋学研究进展

传统船舶调查获取海洋水体温盐资料的方法在水平方向上分辨率较低,而用反射地震探测海洋水体特性的方法--地震海洋学,能有效提高海水温盐资料在水平方向上的分辨率.概述了近5年来地震海洋学的发展过程,重点介绍了地震海洋学方法在海洋锋面观测、水团边界划分、海洋内波分析、中尺度涡旋等方面的研究成果,以及AVO、全波形反演等反射地震处理方法在海洋水体特性研究中的应用.比较了地震海洋学方法与声层析技术、高频声技术等声学方法应用于海洋水体特性研究的异同.并展望了下一步研究工作的重点:①有关地震反射剖面的各种参数与海洋水体温盐结构物理模型的联系及其定量分析;②以研究海洋水体特性为目标的地震反射剖面的处理方法;③海洋地震调查历史数据的应用.     

Ocean geography for ocean science

The expanding needs for ocean resources, together with the design and diffusion of new kinds of deep-ocean and coastal management patterns, have changed profoundly in the transition from modern to post-modern society. As a result, the scientific approach to the ocean has also undergone profound changes, which have marked the epistemology of disciplines, their logical backgrounds and methods. This process has been driven by oceanography, which was born in the 19th century and has benefited, first, from the monitoring techniques from surface ships, then from the exploration of the water column and seabed, and finally from the satellite monitoring systems. While that process was evolving, geography has been involved in investigations of marine and coastal uses and the interaction between human communities and the ocean. Since the mid-1980s, and especially because of the inputs of Agenda 21 (United Nations Conference on Environment and Development, UNCED, 1992), oceanography has been required to deal also with deep-ocean and coastal management issues. To respond to this need, interaction of oceanography with other disciplines is essential. In this prospect geography has an important role because, on the basis of its heritage, it could contribute to (i) the epistemological discussion of the building up of ocean science, (ii) the analysis of the human communities/ocean ecosystems interaction, and (iii) the design of sustainable development-consistent management patterns. The conceptual background and external epistemology needed by ocean geography to optimise this role are presented and discussed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

关于深水环境下内波、内潮汐沉积分类的探讨

深水环境下内波、内潮汐沉积从在地层记录中被发现已过去20年,在这20多年里虽然积累了不少资料,但至今未对内波、内潮汐沉积进行细分。本文以地层记录中已发现的内波、内潮汐沉积为基础,结合内波、内潮汐的破碎过程和海洋物理学中内波的研究现状,对深水内波、内潮汐沉积的分类进行了探索。将其分为3个层次下的9种类型,分别为：正压内潮汐沉积、斜压内潮汐沉积、正压短周期内波沉积、斜压短周期内波沉积、等深流叠加内波沉积、低密度浊流叠加内波沉积、长周期内波叠加沉积、驻波沉积和其他内波叠加沉积。地层记录中已发现的内波、内潮汐沉积分别归为：正压内潮汐沉积、正压短周期内波沉积和长周期内波叠加沉积3类,其余类型尚未被发现。这样的分类较合理地解释了为什么在现代海洋中内波、内潮汐无处不在,但地层记录中的内波、内潮汐沉积却少得可怜的现象,同时将内波、内潮汐沉积研究和海洋物理学中对内波的研究结合起来,并能将内波、内潮汐沉积研究置于更为广阔的研究背景之中,使之可以和大洋突发事件、天文旋回及大洋环流等联系起来。     

中国近海海洋锋和锋面预报研究进展

海洋锋是水文要素特性不同的2个水团之间的狭窄过渡带,是一种重要的中尺度海洋现象,对渔业、军事和海洋环境保护等许多领域有重要影响,已经成为近年来物理海洋学以及海洋交叉学科中的重要课题之一。中国近海由于众多环流、水团和涡旋在此交汇,海洋锋现象十分显著,近年来,我国学者对中国近海的海洋锋产生机制和变化规律取得了一定的进展。首先从实测水文资料分析、遥感资料分析和数值模拟3个方面分别回顾了黄海、东海、南海北部等中国近海海域海洋锋的研究进展。对于海洋锋的预报研究,我国起步较晚,但目前对近海海洋锋预报的需求十分迫切。回顾总结了国外海洋锋预报的进展,集中介绍了黑潮锋、冰岛—法罗群岛锋、湾流锋和墨西哥湾锋面涡旋的预报方法和现状,最后对如何开展中国近海海洋锋预报提出思考和展望。     

海洋生态系统动力学研究与海洋生物资源可持续利用

围绕国家重点基础研究发展规划（973）项目“东、黄海生态系统动力学与生物资源可持续利用”，介绍了海洋生态系统动力学研究对我国社会与科技发展的意义、研究现状和发展趋势、拟解决的关键科学问题以及实施计划。该项研究的最终目标是弄清我国近海海洋生态系统的结构、功能及其服务与产出，量化其动态变化及生态容纳量，预测生物资源的补充量，寻求可持续开发利用海洋生态系统的途径。使集中多种机制于一体并具陆架特色的我国近海生态系统力学理论体系和研究队伍进行国际先进行列。     

Import of coastally-derived chlorophylla to South Slough, Oregon

Material transfer between estuaries and the nearshore zone has long been of interest, but information on the processes affecting Pacific Northwest estuaries has lagged behind other areas. The west coast of the U.S. is a region of seasonally variable upwelling that results in enhanced phytoplankton production in the nearshore zone. We examined estuarine-nearshore links over time by measuring physical oceanographic variables and chlorophylla concentration from an anchor station in South Slough, Oregon. Data was collected during 24-h cruises conducted at approximately weekly intervals during summer 1996 and spring 1997. The results demonstrate that the physical oceanography of this estuarine site was strongly influenced by the coastal ocean. Marine water reached the estuarine site on every sampled tide, and chlorophylla was clearly advected into the estuary with this ocean water. In contrast, phytoplankton concentrations were comparatively reduced in the estuarine water. There were, however, large fluctuations in the import of chlorophyll over the course of the summer. These variations likely reflect upwelling-generated phytoplankton production in the coastal ocean and subsequent cross-shelf transport to the estuary. Suspension feeding organisms in South Slough likely depend on the advection of this coastally-derived phytoplankton. The large allochthonous chlorophyll input measured for this system appears dissimilar from most estuaries studied to date. Previous investigations have focused on the outwelling and inwelling of materials in estuaries. We must now consider the influence of coastal upwelling and downwelling processes on estuarine material exchange.     

海水热力学方程TEOS-10及其与海水状态方程EOS-80的比较

新的2010年海水热力学方程TEOS-10采用1990年国际温标以及考虑世界大洋海水组成空间差异的绝对盐度,与旧的1980年海水状态方程EOS-80相比,具有更高的准确度和更广的适用范围,能够直接计算包括熵、焓、热容量在内的旧方程无法计算的热力学变量,将给海洋学研究带来重要的影响。借助气候态平均数据计算的结果表明,新旧方程计算的密度之差,在全球大多数海域可超过10-2kg/m3。在赤道以北的太平洋和印度洋海域,包括中国东海和南海的深海区域,该差别尤为显著,在精度要求较高的研究中必须予以考虑。新方程对密度计算的这一修正主要归因于其首次提出的绝对盐度,考虑了包括中性溶质在内的所有溶质的作用,弥补了实用盐标的缺陷。新旧方程计算冰点等其他物理量也有相应的修正。应尽快推广应用TEOS-10以及绝对盐度,充分发挥其对海洋学发展的推动作用。     

Development and Application of the Chinese Global Operational Oceanography Forecasting System

Chinese Global operational Oceanography Forecasting System (CGOFS) is configured in three levels of nested grids from global ocean, open ocean to offshore. This global operational oceanography forecasting system architecture is firstly bulit in China by the National Marine Environmental Forecasting Center (NMEFC). It has been put into operational forecasting at NMEFC, providing real-time forecasting of multi-scale ocean current, temperature, salinity, wave, sea surface wind, etc. All the ocean forecasting products are released in many ways and made available through the online, realizing full-range coverage in resolution from hundreds kilometer to several kilometer. The CGOFS includes 8 subsystems: global sea-surface wind numerical forecasting subsystem, global ocean circulation numerical forecasting subsystem, global ocean wave numerical forecasting subsystem, global tide and tidal current forecasting subsystem, Indian Ocean marine environment numerical forecasting subsystem, polar sea ice numerical forecasting subsystem, refined marine environment numerical forecasting for China’s surrounding waters,and integration management subsystem for operational support service of the CGOFS. Operational applications of the CGOFS are closely connected with China’s economic-social development and military security needs. For example, the CGOFS palys a crucial role in environmental forecasting for Chinese research vessel and icebreaker Xuelong, MH370 Searching, submersible “Jiaolong” exploration and nuclear contaminant transport from Fukushima Daiichi nuclear power plant, providing important scientific support for developing an ocean power, protecting national maritime rights, ensuring marine safety and coping with ocean problems in emergency.