中尺度暖涡对热带气旋强度变化的影响及作用机制

基于两组理想化数值试验，对比研究了分布于热带气旋不同位置处的海洋中尺度暖涡所引发的热带气旋强度变化的时空特征。研究发现，热带气旋中心附近的暖涡对热带气旋强度有增强作用，而位于热带气旋外围的暖涡则会抑制热带气旋的发展。本研究将暖涡增强（减弱）热带气旋强度的区域称为内（外）区。随着时间的推移，内（外）区暖涡对热带气旋强度的增强（减弱）幅度逐渐减小（增大），区域范围同步减小（增大）。内区暖涡增强了热带气旋的次级环流和结构对称性、增加了海气界面热通量，同时减弱了外围螺旋雨带，进而导致热带气旋强度增强；若暖涡在外区，其对热带气旋的作用相反，导致热带气旋强度减弱。由于理想化试验中热带气旋静止不动，因此研究结果可能只适用于传播速度较慢的热带气旋。本研究结果有助于更好地理解热带气旋和海洋中尺度暖涡之间的相互作用，并通过引入热带气旋外区暖涡的影响助力提高热带气旋强度预报工作。     

根据漂流浮标资料对黑潮15m层流路及流轴特征的分析

利用1979-02—2012-03共33a的水帆位于15m层的Argos漂流浮标资料,绘制黑潮流系15m层的多年年平均和月平均流场,运用特征线方法计算得到黑潮流轴,定义黑潮流动路径的边界为流速大小20~30cm/s的过渡性区域。结果显示:黑潮多年年平均流路大致是一个以(13°30′N,142°00′E)为圆心、2 235km为半径的直角弧段,其在吕宋海峡、台湾东北、九州西南及伊豆海岭附近海区发生气旋式弯曲前先进行反气旋式弯曲调整,弯曲处出现的路径开口主要是支流的并入或分支的流出;黑潮流轴整体性偏向黑潮左边界,其中在吕宋岛东北至台湾以东海域最为显著,在本州岛以南海域次之,而在东海段基本居中;黑潮流路上的流速在总体上由南向北呈增大趋势,但并非沿流路持续性逐渐增加,而是呈现出较平直流段的大流速区和弯曲调整流段的低流速区相互交错的状况,其中四国岛以南至伊豆诸岛以西流段的流速为最大。多年月平均流场显示,2月,5月,8月和11月这4个月份是黑潮流路和流轴发生变化的重要转折期,而1月,4月,7月和10月这4个月份则是各季节的代表月份。其中,冬季月份的黑潮流路和流轴最为曲折,向边缘海发生显著入侵;夏季月份的黑潮流路和流轴最为平直,左侧伴随有北向流动;春、秋两季的过渡性特征则比较明显。     

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。     

海洋内孤立波预警监测识别技术及其在流花16-2油田群开发中的应用

我国南海内孤立波发生频繁,由于其振幅大、流速强、能量集中等特点,已成为深海油气开发海上安装工程必须考虑的重大风险之一。依托现场守护船,提出一种内波流结构单体式监测、识别技术,采用KdV方程实现内波流预警,并成功应用于流花16-2油田群开发项目海管管线终端(PLET)安装、浮式生产储卸油装置(FPSO)锚系及水下管缆回接、空气潜水等高风险作业的内波流预警安全保障中,同时基于此次内波流预警监测结果对该海域的内波生成源和生成机制进行了探讨。应用期间采用该技术共监测、识别并发布内波预警450次。应用结果表明,约93%的内波预警时刻误差在10 min以内,平均误差为±3.90 min。统计分析结果表明,该海域的内孤立波主要来源于巴士海峡而非局地的潮地相互作用,大致可以分为两类:一类是直接产生于巴士海峡,西传至该海域;另一类是局地产生,主要是由巴士海峡产生的内波西传至陆坡浅化分裂生成或是由巴士海峡产生的内潮西传至陆坡由于非线性变陡机制产生。该内波流监测技术在流花16-2油田群开发项目的成功应用,可为南海其他类似项目提供直接的借鉴。     

青岛外海潮致第二模内孤立波的观测研究

根据在青岛附近海域开展的现场观测数据介绍了一种可能的新的第二模内孤立波的产生机制。温度链观测数据显示在2 h内孤立波特征由显著的第一模内孤立波变为了显著的第二模内孤立波。所观测到的第二模内孤立波的波面起伏和它的垂直结构同KdV(Korteweg-de Vries)方程的理论结果吻合良好,对应涨潮引起的内波非线性系数、频散系数以及Ursell数的变化和第二模内孤立波的产生相匹配。这些结果表明,所观测到的第二模内孤立波可能是由于涨潮导致的局地层结快速变化引起的。进一步分析表明,局地层结快速变化可能由潮汐推动黄海冷水团边缘锋面移动引起。     

青岛冬暖的气象水文学解读及成因分析

根据收集到的气象、水文资料,通过比较分析进行了青岛冬暖的气象水文学解读,研究表明,青岛冬季比周围的内陆城市温暖,也比周围的沿海城市温暖,其温暖区在沿海南界的范围为日照（石臼所）附近;青岛冬暖表现为在降温后回温更快且升温更高,在周平均尺度上就可以体现出冬暖的特征。青岛冬暖的形成原因是其特定的地理位置和相应的气象水文因子综合而成的,青岛受海水的包绕比较充分,冬季盛行的NW—N向风在造成青岛寒冷的同时也造成青岛周边城市的寒冷,对青岛冬暖有反向衬托作用,也间接导致黄海暖流向青岛近海的补偿性抵近,从而成为青岛冬暖最重要的水动力因子。     

4种表层风场资料在北半球海域的适用性评估

为进行海洋表层风场的物理结构重建与基础理论溯源,需选用可靠准确且通过检验的高时空分辨率风场资料。本文利用NDBC、TAO和嵊泗站现场观测资料,在全面比较分析的基础上,对其中应用较广泛的CFSR/CFSv2、ERA-Interim、FNL和CCMP四种风场产品在北半球海域(北太平洋、北大西洋)进行了检验评估,得出结论:1)4种资料的风速都不同程度地低估了实际观测风速;在低风速区的风向偏差较大,风速越低,偏差越多;产品资料在远岸地区比近岸地区更接近实测资料,在高纬地区的效果优于低纬地区。2)通过比较4种产品资料与浮标实测资料的风向和风速的偏差、均方根误差、误差标准差和相关系数,发现CCMP资料是4种资料中整体效果最好的一种,而CFSR/CFSv2资料是较差的一种。3)嵊泗站观测平台资料与浮标观测资料验证的结论略有差异,结果显示:FNL资料是4种资料产品中效果最好的产品,ERA-Interim资料的效果仅次于FNL,而用浮标验证效果较好的CCMP资料在嵊泗站点效果却较差,CFSR/CFSv2资料是4种资料中效果最差的。4)通过分析4种风场资料的偏差分布发现,CCMP与ERA-Interim风场资料的偏差较小,而CFSR/CFSv2与FNL风场资料的偏差较小。CCMP资料与其他3种资料的纬向风偏差在海洋上以负偏差为主,陆地以及沿岸地区的偏差较大,且分布不均匀;经向风偏差分布中,南半球的正偏差区较为明显,而北半球的负偏差区则较为明显,但偏差程度要小于纬向风偏差。