LADCP观测和资料后处理的关键技术

针对LADCP这一崭新而又特殊的海流观测技术，系统地介绍了LADCP／CTD捆绑式测量、罗盘标定、测量设置和附加信息获取等LADCP观测中的主要技术问题。在对LADCP瓦迭式资料特点进行研究的基础上，阐释了LADCP资料后处理的关键技术：首先进行LADCP资料初处理和声速剖面校正，利用同ping剖面内相邻两水层的LADCP测量值之差等于两水层的真实速度之差这一特性，把LADCP的所有测量值转化为垂向切变流速，求出水柱内各水层的垂向切变率，对其按照一定的积分顺序进行深度积分，得到水柱内各水层相对于参考层的相对速度，利用底跟踪信息可以较直接地求出参考层的速度，也可以根据测量过程中LADCP和测船相对位置在入水时和出水时保持不变这一基本成立的假定通过GPS信息求出参考层的速度，从而得到整个水柱内各水层的绝对流速。为了提高处理结果的准确度，在资料后处理的每一处理步骤中都要特别注意相应的数据质量控制。     

黄、东海温盐跃层的分布特征及其季节变化

利用“中韩水循环动力学合作研究”和“中国近海海洋环境综合调查”( 1 996年 4月 -1 999年 1月 )期间各季节 1 2 8°E以西的校正后的 CTD现场水文调查资料 ,对黄、东海温、盐跃层在 4个不同时期 (成长、强盛、消衰和无跃期 )的各特征值的分布特性及其季节变化作了探讨和分析。结果表明 :( 1 )黄海底层显著冷水团的存在 ,使黄海以温跃层占绝对主导地位 ;东海的沿岸海区因受长江径流的影响则以盐跃层为主导。 ( 2 )温跃层的强度主要取决于与其相联的上、下层水团的强弱。冷水团的存在是产生强跃层的根本原因。( 3)夏季东海区双温跃层从浙江近海到济州岛以南水域连成片 ,其分布范围恰好与冬季入侵陆架的黑潮水相一致。 ( 4 )长江冲淡水舌状盐跃层强度等值线在各季节的伸展情况反映了长江冲淡水在各季节的扩散情况 ,一年当中 ,其轴向先从南往北转 ,再从北往南转。 ( 5 )苏北浅滩以及台湾海峡北部终年为无跃区     

基于ADCP湾口测流的纳潮量计算

通过ADCP(声学多普勒海流剖面仪)在胶州湾湾口走航观测,得到胶州湾口团岛到薛家岛断面在春季和秋季的大潮、小潮的海流资料,对观测的流量值进行时间积分,从而得到胶州湾的纳潮量.计算得到胶州湾纳潮量为10.117×108 m3,同以往其他算法的结果相差在10%以内.     

南海北部深水区东西构造差异性及其动力学机制

This paper overviews research progress in observation, theoretical analysis and numerical modeling of submesoscale dynamic processes in the South China Sea(SCS) particularly during recent five years. The submesoscale processes are defined according to both spatial and dynamic scales, and divided into four subcategories as submesoscale waves, submesoscale vortexes, submesoscale shelf processes, and submesoscale turbulence. The major new findings are as follows.(1) Systematic mooring observations provide new insights into the solitary waves(ISWs) and the typhoon-forced near-inertial waves(NIWs), of which a new type of ISWs with period of 23 h was observed in the northern SCS(NSCS), and the influences of background vorticity, summer monsoon onset, and deep meridional overturning circulation on the NIWs, as well as nonlinear wave-wave interaction between the NIWs and internal tides, are better understood. On the other hand, satellite altimeter sea surface height data are used to reveal the internal tide radiation patterns and provide solid evidence for that the ISWs in the northeastern SCS originate from the Luzon Strait.(2) Submesoscale offshore jets and associated vortex trains off the Vietnam coast in the western boundary of the SCS were observed from satellite chlorophyll concentration images. Spiral trains with the horizontal scale of 15–30 km and the spacing of 50–80 km were identified.(3) 3-D vertical circulation in the upwelling region east of Hainan Island was theoretically analyzed. The results show that distribution patterns of all the dynamic terms are featured by wave-like structures with horizontal wavelength scale of 20–40 km.(4) Numerical models have been used for the research of submesoscale turbulence. Submesoscale vertical pump of an anticyclonic eddy and the spatiotemporal features of submesoscale processes in the northeastern SCS are well modeled.     

中国近海全潮测验的气象保障分析

基于我国近海全潮测验气象保障的迫切需求,根据我们在现场调查中积累的有效经验,把影响中国近海的天气过程看成是大背景场上气压单体的运动,冬季的基本态是气压单体的向海运动,夏季的基本态是气压单体的向陆运动.具体到调查海区,首先把握调查时段天气过程的基本态,关注大背景场中气压单体的运动趋势,推判可能影响到调查海区的气压单体的活动规律以及它们之间的相互作用,确定调查区调查时段天气形势的极端情况;基于可以获得的公益气象预报信息,通过对调查现场基本背景场的踏勘和分析研究,形成局地性修正因子,从而进行调查海区的局地补充订正预报;用现场气象观测站的资料进行验证与反馈,不断改进局地性修正因子;充分结合诸如风动能在一定时段内积分总量准守恒的周期规律性等经验规律,进行调查现场的气象保障服务.     

CTD海洋观测数据多重压缩加密算法设计

对数据进行压缩、加密是解决海洋观测数据卫星传输通信费用高、数据安全性低等问题的有效手段。针对温盐深仪(Conductivity Temperture Depth,CTD)海洋观测数据,提出了一种新的加密算法——多重压缩加密算法。该算法结合数据特点,将数据压缩和加密技术结合在一起,不仅能对数据进行有效加密,同时还能对数据进行有效压缩。为保证数据解密时能够完全还原,算法需首先对整体数据进行误码检测,将数据分为误码区和正常数据区,然后对误码区保持原码不变,对正常数据区进行压缩加密编码。最后通过编程实现了该算法,并对算法的应用效果进行了测试。结果表明,该算法具有很好的压缩和加密效果。     

湾流及邻近海区15m层流场特征分析

基于1979—2017年共38 a的水帆位于15 m层的Argos漂流浮标资料,分析了湾流及邻近海区表层的多年年平均、夏半年和冬半年平均流场特征,主要包括湾流的流动路径、流速变化、支流分布以及邻近海区的涡旋运动等。湾流的流动路径是由若干个弯曲流段与平直流段共同组成的,从佛罗里达海峡至哈特勒斯角的流段路径基本沿着美国东部海岸线,夏半年与冬半年平均的流动路径基本一致,而从哈特勒斯角以东至纽芬兰浅滩的流段路径较为平直,在纽芬兰浅滩附近海域出现多次弯曲过程,该流段在夏半年弯曲较为明显,冬半年相对平直。汇入湾流的支流与流出的分支在夏半年与冬半年的流速存在一定差异;湾流邻近海区的涡旋运动多发生在流动方向的右侧,且冬半年涡旋运动略强于夏半年。湾流的流速分布呈现出平直流段的高流速区段和弯曲流段的低流速区相互交错的状况,且夏半年流速整体强于冬半年。     

南海北部反气旋涡对内孤立波传播的影响研究

海洋内波具有振幅大、流速强和周期短等特点,可对海上施工和水下作业安全造成严重威胁。南海北部陆坡海域是内孤立波和中尺度涡频发的海域之一,研究中尺度涡对内孤立波传播的影响对深入了解南海北部内孤立波在反气旋涡过境时的传播特征、提高该海域内波预报准确性具有重要意义。基于此,本文利用布放于南海北部东沙群岛西侧陆坡海域的潜标观测数据,针对2017年3月一个反气旋中尺度涡经过潜标站位的过程,探讨了中尺度涡对内孤立波传播的影响。结果表明：①受反气旋涡影响,内孤立波的平均振幅减小28.6%,其主要原因是中尺度涡导致等温线下压,进而对内孤立波的振幅产生抑制作用,其影响过程可用趋浅温跃层理论描述。②反气旋涡影响期间,内孤立波的平均波速由1.26 m/s增大到1.47 m/s,增幅约16.7%,反映了反气旋涡对内孤立波波速的强化作用,这种强化作用主要是由中尺度涡边缘流场引起背景流场变化所致,而中尺度涡引起的温盐场变化对内孤立波波速的影响相对较小。     

南海北部中尺度涡流预报及应用

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常（SLA）数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。     

南海内波研究前沿与热点

内波为发生在层结海洋内部的亚中尺度波动,是物理海洋学研究,特别是海洋混合及能量级串研究,不可或的缺环节。孤立内波的突发性巨大冲击能量可对水下航行和工程设施构成灾难性威胁,实现实时监测与预报海洋内波具有重大现实意义。南海是全球海洋中超强内波多发海区之一。长期现场观测表明,吕宋海峡以西海域内孤立波振幅高达150～200 m,且终年发生。因此,南海是目前海洋内孤立波观测与研究热点海域。本文以2015年至2021年间发表的论文为依据,评述南海内波研究新进展,认为7 a来研究成果取得质的提升。第一,实现了由卫星为主要手段2D观测到以卫星与潜标同步3D观测为主要手段的提升。由此催生出振幅240 m超强内孤立波、中尺度涡对内波的调制作用、重现周期23 h 内孤立波、浅海内孤立波裂变现象、深海盆内波及动能级串等创新成果。第二,研究区开始呈现向中部深海盆扩展趋势。迄今为止,南海内波观测与研究集中在吕宋海峡以西和北部陆架,现已出现向中部深海盆扩展趋势。第三,海洋探测高新技术应用于南海内波观测与研究,取得了突破性成果。由卫星高度计沿轨海面高度场二维平面波分解技术得出的南海M₂内潮辐射图,解决了多年争论不休的南海北部内波生成机制和生成源地问题。人工智能技术成功应用于建立南海邻近的边缘海内波传播预报模式。模式预报的一个潮周期之后内波波峰线位置与后续卫星图像上显示的位置之间的平均相关系数达95%,平均距离均方根差为3 km。快速深潜剖面浮标技术应用于南海北部深海盆,得出0～3 500 m 全水深内波波段（周期为0.1～1.8 d）波动引起的水温起伏幅度垂直分布。高分辨水下声成像技术,包括人工地震技术和回声探测仪,成功应用于南海北部陆架内波观测与研究。其中回声探测仪图像空间分辨率达10 cm,清楚显示出内孤立波波包精细结构,可精确测得水平尺度仅为2 m的孤立波特征半宽度。可以预期,大量科学研究成果的积累,特别是采用人工智能技术建立内波传播预报模式的成功实例,必将为开发南海内波精准预报模式奠定基础。