全球海洋与大气界面的熵通量估算

给出并讨论了海洋系统中由于热量交换、物质交换以及外力做功引起的熵通量的表达式;同时,根据新近调整的全球海 气界面的气候平均资料,估计了全球海洋与大气界面气候年平均的熵通量(熵流),这一熵通量主要取决于海 气界面的热量和物质交换的空间不均匀性。计算结果显示,由热量交换分量引起的熵通量对海洋系统的总熵通量起到主要的贡献作用,其值约为-555.6mW·(m2·K)-1;由海表风应力做功引起的熵通量相对较小,约为-0.09mW·(m2·K)-1;由物质交换引起的熵通量最小,仅为-0.02mW·(m2·K)-1。总的来说,海洋系统从外界获得的总熵通量为-555.7mW·(m2·K)-1,这也就意味着在气候平均定态下,海洋系统内部的熵产生在量值上等于系统的熵交换,即为555.7mW·(m2·K)-1。海洋系统的负熵流与其内部的各种不可逆过程引起的熵产生取得平衡,确保了全球海洋系统处于非平衡热力学定态,并维持着海洋系统中各种尺度的时 空有序现象的消长过程。     

南海表面浮力通量、水型变性及南海"暖水"的消长分析

利用英国南安普敦海洋中心(SOC)海-气界面的热量和淡水通量资料以及世界大洋图集(WOA01)的海面温度和盐度资料计算了南海表面各月的有效浮力通量及水型变性矢量场,分析了南海表层暖水形成和发展的季节性特征。研究结果表明,南海表层暖水的发展、维持以及消亡在很大程度上受到海洋表层浮力通量的影响;此外,南海上层水体密度的垂直结构和变化也深受表面浮力通量和表层水型变性的影响。在中、北部,南海的垂向结构季节性变化较为明显,其中冬季表层水体的下沉强度最大,深度最深,而夏季表层水体却无下沉趋势。     

热带太平洋混合层盐度季节-年际变化特征研究

基于2004/01—2013/12的Argo及卫星遥感等观测数据,运用经验正交函数（EOF）方法分析了热带太平洋混合层盐度（MLS）的时空特征并探讨其物理机制。结果表明：热带西太平洋混合层盐度呈现出明显的递增趋势,南太平洋辐合带（SPCZ）区域尤为显著,而南热带太平洋东部的混合层则有变淡的趋势。在季节时间尺度上,MLS在如下的4个区域呈现显著变化：西太平洋暖池、赤道东太平洋美洲沿岸、赤道辐合带（ITCZ）和SPCZ。利用盐收支方程进一步定量分析了两个代表区域（暖池区和ITCZ区）的MLS变化率及其控制因子,研究发现：暖池区淡水通量长年表现为负值,且随季节变化波动不大。除6、7月份之外,水平平流对MLS变化率均有正的贡献,其峰期出现在10—12月份。ITCZ区的淡水通量存在显著季节变化,其下半年的贡献明显大于上半年,水平平流输送和混合层底的夹卷也在11月份达到最大。暖池区的盐度变化主要受到水平平流的影响,混合层底的夹卷作用贡献相对较小,而在ITCZ区混合层底的夹卷贡献作用则更显著。     

北印度洋障碍层厚度气候态和季节变化特征及其成因初步分析

基于2004—2018年Argo (Array for Real-Time Geostrophic Oceanography)浮标观测的温度、盐度数据, 利用经验正交函数(EOF)分析和小波分析等方法对北印度洋(40°—105°E, 5°S—25°N)障碍层时空分布特征进行分析。结果显示: 北印度洋的东部常年存在障碍层, 而西部障碍层出现的概率相对较低; 较厚的障碍层出现在阿拉伯海东南部(67°—75°E, 3°—12°N)、孟加拉湾(82°—93°E, 11°—20°N)和赤道东印度洋(81°—102°E, 4°S—3°N)。阿拉伯海东南部和孟加拉湾障碍层厚度以年变化为主, 且呈同位相变化, 均为冬季最大, 夏季最小。赤道东印度洋区域则主要呈现半年周期变化, 在夏季和冬季各出现一次峰值。进一步分析表明, 孟加拉湾和赤道东印度洋障碍层厚度主要受等温层深度变化影响, 混合层深度变化对障碍层厚度变化的影响相对较小; 阿拉伯海障碍层厚度同时受等温层深度变化和混合层深度变化影响, 其中等温层深度变化对其影响更大。     

海洋的比熵和等熵分析

基于海水热力学局域平衡的假定及Feistel(2003,2005)给出的海水Gibbs热力学势函数表达式,利用全球海洋观测数据,计算了全球海洋网格域的比熵、位温、位密等热力学参数,分析了海水比熵的时-空分布格局及其与位温、位密以及中性面之间的关系。分析结果表明,海洋中的比熵与位温之间具有确定的解析关系,而海洋中的比熵与位密、中性面之间的分布则无明显的一致性;这一结论为文章进一步导出海洋内部近似稳态大尺度地转环流在等熵面上的流函数,证明等熵面与等密面的交线即物理海洋学上经典的动力计算方法中的Montgomery流函数,进而为海洋内部的准地转运动的等熵-等密分析提供了新的热力-动力学依据。     

Performances of seven datasets in presenting the upper ocean heat content in the South China Sea

In this study, the upper ocean heat content (OHC) variations in the South China Sea (SCS) during 1993- 2006 were investigated by examining ocean temperatures in seven datasets, including World Ocean Atlas 2009 (WOA09) (climatology), Ishii datasets, Ocean General Circulation Model for the Earth Simulator (OFES), Simple Ocean Data Assimilation system (SODA), Global Ocean Data Assimilation System (GODAS), China Oceanic ReAnalysis system (CORA), and an ocean reanalysis dataset for the joining area of Asia and Indian-Pacific Ocean (AIPO1.0). Among these datasets, two were independent of any numerical model, four relied on data assimilation, and one was generated without any data assimilation. The annual cycles revealed by the seven datasets were similar, but the interannual variations were different. Vertical structures of temperatures along the 18°N, 12.75°N, and 120°E sections were compared with data collected during open cruises in 1998 and 2005-08. The results indicated that Ishii, OFES, CORA, and AIPO1.0 were more consistent with the observations. Through systematic comparisons, we found that each dataset had its own shortcomings and advantages in presenting the upper OHC in the SCS.