南海西边界流区域涡旋特征及两类冬季环流对涡致热输运的调制

本文基于观测数据和模式产品,探讨了南海西边界流(South China Sea western boundary current, SCSwbc)区域海洋涡旋的统计特征、涡致热输运并重点探讨了两类冬季环流形态及其风场分布对它们的影响。结果表明研究区域的涡旋气候态上存在旋转速度很强,半径较大,振幅略高于平均值的涡旋统计特征,其中气旋式涡旋(cyclonic eddy, CE)的占比约为56.8%。并且涡旋的生成和消亡主要发生在冬/春季,而涡旋的振幅、半径和旋转速度在夏/秋季发展到顶峰。年际时间尺度上,年平均经向风应力与反气旋式涡旋(anticyclonic eddy,AE)的振幅、半径、旋转速度和消亡均有较好的相关性,但与CE特征的相关性并不好。“O”型冬季环流模态下,风场和南海西边界流显著减弱,冬季环流在越南沿岸发生向东分支。涡旋在“O”模态下吸收平均流能量迅速发展,在越南沿岸东部地区产生了强的涡致热输运(eddy-induced heat transport, EHT)。同时,涡旋内部旋转速度减小且反气旋式涡旋个数减少;“U”型冬季环流模态下,情况则相反。     

两个西边界流延伸体区域中尺度涡统计特征分析

黑潮和湾流是世界大洋中最典型的两支西边界流,黑潮延伸体（Kuroshio Extention,KE）和湾流延伸体（Gulf Stream Extention,GSE）区域中尺度涡活动十分活跃。本文综合利用卫星高度计资料和Argo浮标资料,对KE和GSE区域中尺度涡的表层特征及其对温盐影响进行了统计研究和对比分析。结果表明:黑潮和湾流主轴附近为涡旋频率的高值区,主轴南北两侧分别以气旋涡和反气旋涡数量占多,主轴附近的涡旋强度明显大于其他区域;两个区域的涡旋以西向移动为主,气旋涡和反气旋涡都具有向南（赤道）偏离的趋势;两个区域的涡旋数量都以夏、秋季较多,涡旋强度都在春、夏季较大,且GSE区域涡旋强度明显大于KE区域;气旋涡（反气旋涡）引起内部明显的温度负（正）异常,KE区域气旋涡（反气旋涡）内部呈"负-正"（"正-负"）上下层相反的盐度异常分布,GSE区域气旋涡（反气旋涡）在各层呈现较为一致的盐度负（正）异常;两个区域中尺度涡对温盐场的平均影响深度可达1 000×104 Pa以上。     

周期性的或伴有贯穿流的西边界流跨隙流动的迟滞变异过程

使用1.5层准地转约化重力模式研究了周期性的或伴有贯穿流的西边界流跨隙流动的迟滞变异过程。当西边界流变化的周期比罗斯贝波在缺口处调整的时间尺度大得多时,在雷诺数增加和减少过程的霍夫分叉点都发生延迟,从而产生新的雷诺数迟滞区间;并且西边界流流态转变的临界值变化显著;且周期强迫越短,雷诺数迟滞区间越大。当西边界流变化的周期与罗斯贝波在缺口处调整的时间尺度相当时,西边界流在缺口的流态呈无迟滞的周期性变化,且西边界流入侵西海盆的程度随周期减少而变小。此外,当贯穿流的流量大于西边界流的一半时,会显著影响西边界流在缺口处的迟滞变异过程;西边界流向西入侵程度和流态转变发生的临界雷诺值均发生变化,且贯穿流流量越大变化越大。     

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

局地风急流对缺口处西边界流流径的影响

基于缺口处的西边界流流态存在迟滞回归现象, 使用1.5 层约化重力浅水模式, 研究了受山脉与地形影响的局地风急流对西边界流流径的影响。结果显示, 在西边界流从跨越态向入侵态转变的临界状态, 局地的西向和南向风应力能够使西边界流向入侵态转变, 局地的东向和北向风应力不能使其发生转变; 在西边界流从入侵态向跨越态转变的临界状态, 除西风以外的风应力都能使西边界流向跨越态转变。此外数值实验还表明风应力旋度的作用强于风应力大小的作用。     

若干西边界潜流的气候态分布特征

"西边界潜流(WBUC)"是海洋环流中的重要现象,与表层环流相比,对次表层潜流的结构认识不足。本文利用SODA、OFES和ARGO资料,分析了北太平洋中的棉兰老潜流(MUC)和吕宋潜流(LUC)、南太平洋中的大堡礁潜流(GBRUC)和东澳大利亚潜流(EAUC)及南印度洋中的阿加勒斯潜流(AUC)的气候态空间分布特征,并且根据地转流反向的判据,分析WBUC的发生条件。     

空间变化的涡粘系数对线性Munk边界层解的影响(英文)

基于Ｐｅｄｌｏｓｋｙ（１９８７）的线性Ｍｕｃｋ边界层模型,引入一随纬向空间变化的侧摩擦系数ＡＨ（ｘ）,以探讨该参数对西边界流的强化结构的影响。结果发现,在风应力和内区解保持不变的情况下,适中线性变化的ＡＨ（ｘ）会使西边界层内的向北急流和其靠内区一侧的逆流均得到加强。文中还给出摩擦应力、相对涡度及平均动能向涡动能的转化率在西边界层内的分布情况。     

黑潮在吕宋海峡的形变及动力机制

根据１９９０年以来对吕宋海峡和中国南海（ＳＣＳ）北部的ＷＯＣＥ水文资料和其它海洋调查资料的分析，以及对同一海区的卫星遥测海表温度（ＳＳＴ）的资料处理，推断在吕宋海峡常年存在黑潮路径弯曲，西折进入ＳＣＳ并又流出ＳＣＳ的现象，作者将黑潮的这种变形称为“黑潮流套”。黑潮变形进入ＳＣＳ的位置在冬季位于海峡中部、南部附近，范围较大；在夏季略向北移，较集中于海峡中部，范围较小。作者认为，黑潮流套现象可用位涡守恒理论作定性的解释：当黑潮在吕宋海峡失去西边界支持后，其流轴以西贴近西边界的一部分流体，因具有较大的相对正涡度，会脱离黑潮主体在南海东北部形成反时针旋转或顺时针旋转的环流，而黑潮主体会以顺时针旋转的形式在海峡以西的海域出现。整个黑潮以弯曲、扩展的形式在海峡处产生形变，在海峡东侧出现反气旋涡旋的倾向。吕宋海峡黑潮流套及南海北部的诱生环流之流型，会因黑潮本身以及副热带环流整体的变化而变化，也与海峡的宽度有关。总之，吕宋海峡黑潮流套的形成是由当地特殊的地形条件和地转β效应这些内部机制决定的，它的常年存在有其必然性     

三种垂向混合方案对HYCOM模拟北太平洋西边界流系的影响研究

基于HYCOM(Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model),以OFES(OGCM for the Earth Simulator)资料为参考,分析了KPP、MY2.5、KT三种不同混合方案对北太平洋西边界流系的模拟结果的影响。结果表明:三种不同混合方案模拟的上层海洋平均流场与OFES资料相似,但在流向和流幅上略有差异,其中KPP方案模拟的流速与OFES资料最为接近,MY2.5方案次之,KT方案与其差别最大。通过代表性断面上流速的对比分析,对模式就北赤道流、棉兰老流、棉兰老潜流、黑潮的模拟效果进行比较,KPP方案模拟的效果同前人的观测和研究最为接近。分析了北赤道流,棉兰老流,棉兰老潜流,黑潮的流量的季节变化特征,其中KPP方案与OFES资料计算的棉兰老流和棉兰老潜流的季节变化特征与前人描述比较一致,表现为春强秋弱。KPP方案和OFES资料的计算结果表明,北赤道流和棉兰老流大致上是同向变化的,而在冬季棉兰老流同黑潮的变化基本上是一致的。     

北太平洋西边界流的低频变化特征

基于日本气象厅长时间序列的温、盐度再分析资料,利用动力计算方法分析了北太平洋西边界的北赤道流及其下游黑潮和棉兰老流流量的年际和年代际变化,并探讨了北赤道流变化的可能原因。结果表明,北赤道流和黑潮具有比较一致的年际和年代际变化,均在1976年前后发生了一次气候跃变,之后有长期偏强的趋势,而棉兰老流的年际和年代际变化则有所不同。特别是,北赤道流1976年之后增加的流量似乎大多进入黑潮,而流入棉兰老流的流量则减少。进一步的分析还表明,西传的Rossby波和棉兰老冷涡的变动可能对北赤道流的年际变化有重要影响。     

南海西边界流时空特征初探

利用高分辨率的OFES数据,通过对中南半岛和海南岛沿岸比较有代表性的几个断面进行流速剖面分析和体积输送量计算,初步探讨了南海西边界流的时空特征.结果显示南海西边界流的季节变化特征明显:夏季向北流,冬季向南流,且冬季强于夏季.在体积输送大小上,越南沿岸流的体积输送量大小为(7.4±7.0)Sv,紧邻海南岛的沿岸流大小仅为(0.57±0.5)Sv,112.0°E以东的海南沿岸西边界流体积输送大小约为(4.8±1.9)Sv,并且常年向南流动.夏季的南海西边界流在北上到达中南半岛的东南部以后偏离岸线向东流动.随着夏季风的盛行,离岸流的流速变大,主轴发生了明显的摆动,由14.0°N移动到了10.0°N.离岸流对西边界流有着显著的影响作用.     

北太平洋波浪输运和西边界流的季节变化

西边界流输运可以用Sverdrup理论推算出来.本文首先利用ECMWF再分析风场数据,计算了44年的月平均的风应力旋度及Sverdrup体积输运,在北太平洋3条纬度上对Sverdrup体积输运进行积分,得到Sverdrup体积输运的季节变化,从中发现,在向赤道流动的方向上,Sverdrup体积输运在冬季存在最大值,夏季存在最小值;同样利用ECMWF再分析波浪数据,计算了44a的月平均的Stokes体积输运,在相同纬度上对Stokes体积输运进行积分,得到Stokes体积输运的季节变化,从结果中发现,在向赤道流动的方向上,Stokes输运在冬季存在最大值,在夏季存在最小值.在本文中设定R=T_(st)/T_(sv)×100%,T_(st)为Stokes体积输运,T_(sv)为Sverdrup体积输运,发现Stokes输运和Sverdrup输运存在同位相的季节变化,并且(-R)冬季平均值在5%以上,年平均值在2%～3%左右,从而推断出波浪诱导的输运对Sverdrup输运,既对西边界流有不可忽视的贡献.     

东海西部海域现代沉积环境分区及沉积特征的初步研究

对本区1040个站位表层沉积物的粒度、矿物、化学及生物组分等特征进行了详尽的分析与研究,据此,把东海西部海域的现代沉积环境划分为两种类型的过渡环境。一类是与河口有关的过渡沉积环境,如长江三角洲沉积区,杭州湾沉积区及混合沉积区;另一类与河口无关的过渡沉积环境,包括浙东近岸沉积区,苏北浅滩沉积区及陆架改造沉积区。     

辽东湾西部海域潮流特征

根据2009年9月在辽东湾获取的3个站位的25 h连续定点海流观测资料进行准调和分析,计算了3个站位6个主要分潮O1、K1、M2、S2、M4、MS4的北、东分量潮流调和常数,并给出了各测站在各层的潮流椭圆要素。计算结果表明:该海区潮流属于正规半日潮流性质,主要呈NE-SW向往复式运动,最大可能流速介于70~120 cm/s之间,流速总体上由表至底逐渐减小。对于O1、K1、M2、S2这4个主要分潮流,北分量基本上大于东分量,底层普遍较表层先转流,最大流速发生时间亦是底层较表层提前,浅水分潮在总海流中占的份额都很小。     

黄河口滨海区潮流速度铅直分布及其粗糙度参量的初步研究

在我校与美国俄勒岗大学等单位联合黄河口调查期间,作者用简易方法对该区潮流铅直分布进行了专门观测。将获得的资料与一种浅海理论公式计算值进行了比较。首次计算了该区粗糙度参量Z_0值的分布。提出了最大潮流速铅直分布与相对粗糙度参量的关系。     

海流的质量输送分离及其预报的初步研究

本文引入质量输送概念,利用三次实测余流、密度、深度和风的资料,分离出常流质量输送和风海流质量输送两部分的六个要素,归纳了过去的风海流圆和椭圆分离法。以东海北部近岸的A站为例,提出了根据风速、风向查对和计算各层风海流的表格形式,供预报余流之用。实测余流与预报值比较,结果较好,量值正确率平均为78％,方向误差为31°。     

南海中—西沙地块前新生代构造变形特征

为确定南海西部的中—西沙地块是否存在前新生代地层与构造,对研究区内多道反射地震剖面资料进行了地层-构造解释,并结合围区钻井、拖网等岩石地层资料,在研究区北部发现了前新生代地层-构造变形形迹。运用回剥法、去断层恢复法和地质反序法对前新生代地层的构造变形进行了古恢复。结果表明,研究区的地层可划分为上、中、下三套构造层,其中属于前新生界的下构造层可见褶皱、逆冲等挤压构造样式,前新生代末期,其构造形态表现为一系列连续的宽缓褶皱,结合断层逆冲推覆方向可判断其主要挤压应力来自于东南方向,并推测该挤压作用与古南海的扩张有关。     

渤海湾西岸表层沉积物中有孔虫和介形类分布特征及其环境意义

对渤海湾西岸39件表层沉积样中有孔虫和介形类进行了分析,共鉴定底栖有孔虫20属41种,海相介形类26属32种。底栖有孔虫分布主要受离岸距离、河流入海、潮流与相应的水深、盐度和沉积速率影响,可划分3个有孔虫组合区。南部组合Ⅰ区以阿卡尼圆形五玦虫和毕克卷转虫变种为主,代表了受淡水注入影响的近岸带河口沉积环境;西北部组合Ⅱ区为毕克卷转虫变种—具瘤先希望虫—阿卡尼圆形五玦虫组合,代表了近岸浅水沉积环境;组合Ⅲ区中优势种为具瘤先希望虫,主要位于10 m以深水域,沉积环境更近似于正常海相环境。海相介形类分布主要受盐度、水深和沉积物的底质类型与运移规律影响,并大致以10 m等深线为界划分为2个介形类组合区。浅部组合Ⅰ以陈氏新单角介为绝对优势种,代表了广温、广盐的滨岸浅海河口环境;组合Ⅱ以美山双角花介为绝对优势种,生存环境少受淡水影响,离岸相对较远。     

长江冲淡水及其混合问题的初步探讨

长江为东亚第一大河。其流域面积占我国大陆太平洋流域面积的三分之一,据不完全的统计,长江的入海径流量约占我国渤、黄、东海主要入海河流径流量的80％以上。巨量的长江淡水入海后,其冲淡作用至为显著。如以1959年长江径流量而论,若平均展布于整个东海,则可形成厚度约为1米的一个水层。