Distribution of the nonlinear random ocean wave period

Because of the intrinsic difficulty in determining distributions for wave periods, previous studies on wave period distribution models have not taken nonlinearity into account and have not performed well in terms of describing and statistically analyzing the probability density distribution of ocean waves. In this study, a statistical model of random waves is developed using Stokes wave theory of water wave dynamics. In addition, a new nonlinear probability distribution function for the wave period is presented with the parameters of spectral density width and nonlinear wave steepness, which is more reasonable as a physical mechanism. The magnitude of wave steepness determines the intensity of the nonlinear effect, while the spectral width only changes the energy distribution. The wave steepness is found to be an important parameter in terms of not only dynamics but also statistics. The value of wave steepness reflects the degree that the wave period distribution skews from the Cauchy distribution, and it also describes the variation in the distribution function, which resembles that of the wave surface elevation distribution and wave height distribution. We found that the distribution curves skew leftward and upward as the wave steepness increases. The wave period observations for the SZFII-1 buoy, made off the coast of Weihai (37°27.6′ N, 122°15.1′ E), China, are used to verify the new distribution. The coefficient of the correlation between the new distribution and the buoy data at different spectral widths (ν=0.3−0.5) is within the range of 0.968 6 to 0.991 7. In addition, the Longuet-Higgins (1975) and Sun (1988) distributions and the new distribution presented in this work are compared. The validations and comparisons indicate that the new nonlinear probability density distribution fits the buoy measurements better than the Longuet-Higgins and Sun distributions do. We believe that adoption of the new wave period distribution would improve traditional statistical wave theory.     

Analysis of ERS-2 scatterometer winds and wind-wave calculation for eastern China seas

The wind system over the China seas plays an important role in climate variation there. In this paper, ERS-2 scatterometer winds covering the period of 1998 and the area of 25-41°N, 117-130°E were analyzed and compared to NCEP winds and buoy winds in the same period and location, to assess how well the ERS-2 data reflect the real wind regime, at least for this area. The results indicated that ERS-2 scatterometer winds are closer to buoy observations than NCEP winds. In addition, a new wind-wave growth relation was applied to calculate wave parameters.     

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。     

台风“利奇马”对渤海风暴潮影响研究

利用实测资料对比和FVCOM数值模拟等方法,研究了"利奇马"台风风暴潮在渤海的演变规律。研究表明:渤海沿岸的风暴潮过程是由局地风"直接作用"及外部天气系统"间接影响"共同作用引起的,且它们引起的风暴潮时空分布明显不同。在"利奇马"台风风暴潮中,"直接作用"引起的风暴增水在渤海湾和莱州湾沿岸分别约占总风暴增水的2/3和1/2。     

利用卫星遥感海面温度、高度联合反演南海北部三维温度场

利用历史观测得到的温度剖面数据,通过严格筛选和插值,建立了南海北部的气候态垂向温度剖面。随后,利用回归统计分析的方法构建了海面温度异常(SSTA)、海面高度异常(SSHA)联合扩展温度剖面的经验回归模型,并采用卫星遥感得到的SST和SSH数据扩展了南海北部的三维海洋温度场,其时间分辨率为天,空间分辨率为0.25°×0.25°。通过与观测数据的对比研究,扩展得到的温度场可以较为准确地反映南海北部温度剖面的结构特征,并且能有效地体现出一些中尺度变化过程。结果表明,本研究反演得到的三维温度扩展场是较为可靠的,它可以作为海洋数值模型的初始场,实现现场观测数据和卫星遥感数据的互补,有助于更好地分析南海北部温度场的三维结构及变化特征。     

我国海洋动力灾害研究进展与展望

海洋动力灾害(包括灾害性海浪、风暴潮、海冰、海啸等)是对我国沿海地区造成破坏和损失最大的自然灾害之一。开展海洋动力灾害研究具有重要意义和迫切的国家需求。本文回顾我国建国以来在海洋动力灾害研究方向的主要进展,重点针对近年来我国在海洋动力灾害数值模拟预报以及灾害风险评估等方面的进展进行综述,并在此基础上提出未来的发展展望,希望给海洋防灾减灾科研工作者提供参考。     

南海北部台风海浪谱的双峰性和成长性

本论文通过对南海北部三次台风过境期间基于浮标观测的海浪谱进行分析，发现虽然大部分成熟的台风海浪谱为单峰结构，但实际上在台风海浪的成长和衰减阶段，双峰谱占据了很大的比例。双峰谱的形成主要是由于风浪和涌浪的叠加以及不同波分量之间的非线性相互作用，我们可以通过能量密度的成长率对谱型变化进行高效的预报。此外，台风海浪的主要波向依赖于台风中心相对观测点的位置，而波向的分散情况在相距台风中心较远的区域无明显规律。本文提出了一个新的六参数波浪谱型拟合双峰谱，其拟合效果相较于前人的谱型更好。通过验证，形状参数和谱宽度之间的理论关系依然适用于单个谱峰。通过分析谱参量的变化特征，证明了谱参量不仅与台风强度和台风路径相关，还存在很强的交互相关。最后通过拟合海浪谱数据，本文得到了台风影响下海浪有效波高和有效周期之间的成长关系，这对海洋工程实际应用具有重要意义。     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团，以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强，研究领域不断拓展，涌现了大量具有广泛影响力的研究成果，其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”，发展了第三代海浪数值模式；提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法；发现并命名了“棉兰老潜流”，揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等，系统描述了太平洋西边界流系；提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流)；不断完善了中国近海陆架环流系统，在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流，以及陆架波方面均取得了深刻的认识；从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结；发展了浅海水团的研究方法，基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制，在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献；阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制，揭示了中尺度涡的三维结构，定量评估了其全球物质与能量输运能力；基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征，提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制；构建了“南海内波潜标观测网”，实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识；发展了湍流的剪切不稳定理论，提出了海流“边缘不稳定”的概念，开发了海洋湍流模式，提出了湍流混合参数化的新方法等；在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识，并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响；研发了全球浪–潮–流耦合模式，推出一系列海洋与气候模式；发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统；建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台；发展了ENSO预报的误差分析方法，建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系，揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应；初步建成了中国近海海洋观测网；持续开展南北极调查研究；建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统，为中国气象减灾提供保障；突破了国外的海洋技术封锁，研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器；建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型，为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示，经过70年的发展，中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍，这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

气候态意义下的南海春季暖池

应用气候态月平均的Levitus和COADS(Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set)温度资料及COADS海面通量资料, 探讨了南海气候态意义下春季暖池(温度大于29.5℃的水体)的演变过程及其生消的动力学机制.研究发现, 在气候态意义下, 南海表层海温在5月份存在显著的增温, 在南海中南部形成了大面积、具有一定厚度(约15 m深)的春季暖池, 暖池面积在6月份迅速减小以至消失.对南海春季暖池的生消机制研究发现, 春季暖池的产生过程是由于在不断增长的海面净热通量的作