粤东甲子海域潮波异常和南海北部潮波的传播

从南海潮波数值模拟潮能通量的结果中,勾勒出南海北部潮波的传播路径,显示出众多的路径分支。分析表明南海北部陆架包括北部湾海区,仅获得太平洋传入潮能的一小部分,因而南海北部沿岸的潮汐潮流都表现得比较弱。由于复杂的地形,导致了潮波传播路径指向不同方向。文章通过实测资料以及潮波的传播路径,特别讨论了粤东甲子站附近的潮波异常现象,并指出流向台湾海峡南口的分支和流向珠江口、广州湾的分支之间的潮能辐散,可能是造成甲子站附近潮性系数特别大以及潮汐潮流性质迥异现象的重要原因之一。     

试释黄海半日潮波系统形成机制

本文利用南黄海中央实际存在的半日潮波的往复流带作为水墙,视黄海半日潮波为水墙西部(U形海湾)与东部(L形海湾)两个独立潮波系统的组合.经过数值试验,获得令人满意的结果.从而可以用已有的矩形海湾潮波系统形成的动力机制来合理地阐明黄海半日潮波系统形成动力机制.仁川和江苏弶港附近的潮波腹点是黄海半日潮波系统的重要特性点,两个潮波腹点位置是由潮波系统的驻波性质决定的.南黄海中部存在一大片半日潮弱流区.     

吕宋海峡M2内潮生成与传播数值模拟研究

本文在z坐标海洋数值模式HAMSOM中引入了内潮黏性项(Internal-tide viscosity term),将之运用到吕宋海峡M2内潮的生成与传播过程的数值模拟研究。研究结果表明:(1)在250 m以浅,吕宋海峡产生的M2内潮振幅于温跃层处最大,岛坡附近的内潮明显强于别处,且最大振幅可达到40 m左右;(2)M2内潮的生成源主要集中在伊特巴亚岛西北、巴丹岛西南以及巴布延群岛西北的岛坡;(3)海峡产生的M2内潮向东西2个方向传播。巴丹岛以西的西向能量在吕宋海沟斜向下传播,在到达恒春海脊附近发生反射返回海面,到达海面后再次反射回海底,在此过程中,有高模态的内潮被激发,不同模态间有相消干涉的现象产生。西传的内潮能量分为2支进入南海,产生于巴布延群岛西北的能量分支直接向西南折转进入南海海盆,而产生于伊特巴亚岛和巴丹岛岛坡附近的主要能量则以束状向南海陆架传播,在到达118°E后部分能量折向西南的海盆,其余的能量则沿西北方向传入中国近岸,陆架陆坡地形起着重要的耗散作用。伊特巴亚岛西北有最大的能量产生,向东北传入太平洋。在122°E以东,能量主要以束状向东南传入太平洋。     

垂直分辨率对长江口海域M2分潮模拟的影响

基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模式建立了长江口及其邻近海域的三维水动力学模型, 研究模型的垂直分辨率对该海域M₂分潮模拟的影响。结果表明:垂直分辨率的变化对M₂分潮传播方向的模拟结果影响较小, 但其可通过底摩擦和湍流耗散两个计算过程来影响潮能通量的模拟结果, 最终对长江口和杭州湾内的M₂分潮振幅产生显著的影响。最底层厚度较大时, 上层自由水体的高流速特征在最底层过于明显, 进而导致计算的底摩擦应力偏高, 此时提高底层的垂直分辨率会降低底摩擦对能量的耗散。另一方面, 垂直湍流混合作用会随垂直分辨率的增加而增强, 所以垂直分辨率增加到一定程度后, 上层自由水体的高流速会经由增强的湍流混合而更多的传入底层, 使计算的底摩擦应力随垂直分辨率的提高而有重新增加的趋势, 进而又增强底摩擦对潮能的耗散。     

带丁坝型半封闭矩形海湾中M_2分潮潮波和潮流特性分析

将黄渤海海域概化为矩形海湾,山东半岛概化为垂直于海岸的巨型丁坝,形成一个带丁坝型半封闭矩形海湾。利用DELFT3D-FLOW计算模块在上述海湾中进行了M2分潮数值模拟,对其无潮点和辐射状潮流场的特性进行了分析。研究发现:考虑科氏力影响和巨型丁坝反射作用,坝前形成了明显的无潮点,但在等水深条件下并未形成辐射状潮流场,而叠加上倾斜海底地形后其得以形成;无潮点和辐射状潮流场顶端位置受水深影响明显,随着平均水深的增大,无潮点将向湾口和湾中轴线方向偏移,而辐射状潮流场顶端则向湾口方向偏移。研究结果有助于加深对带丁坝型半封闭矩形海湾中驻潮波系统形成机制和动力特性的理解和认识。     

吕宋海峡M2内潮的三维数值模拟

A three-dimensional isopycnic-coordinate internal tidal model is employed to investigate the generation,propagation, vertical structure and energy conversion of M2 internal tides in the Luzon Strait(LS) with mooring observations. Simulated results, especially the tidal current amplitudes, agree well with observations,demonstrating the reasonability and accuracy of the model. Results indicate that M2 internal tides mainly propagate into three directions horizontally, i.e., eastward towards the western Pacific Ocean, westward towards the Dongsha Island and southwestward towards the South China Sea Basin. In the horizontal direction, tidal current amplitudes decrease as distance increases away from the LS; in the vertical direction, they show an obvious decreasing tendency with depth. Between the double ridges of the LS, a clockwise gyre of M2 baroclinic energy flux appears, which is caused by reflections of M2 internal tides at supercritical topographies, and resonance of M2 internal tides happens along 19.5° and 21.5°N due to the heights and separation distance of the double ridges. The total energy conversion in the LS is about 14.20 GW.     

渤海M2分潮的伴随模式数值实验

根据渤海海域内M2潮汐调和常数的实测值,采用伴随方法来反演出开边界处的潮汐调和常数.为了取得较好的数值模拟结果,同时对给定的底摩擦系数进行了校正并对水深进行了微调.做了4个实验,并分别计算出调和常数的实测值与模拟值之差的绝对平均值:(1)只用19个验潮站的潮汐调和常数;振幅差为2.4cm,迟角差为5.0°.(2)只用37个观测点的高度计资料;振幅差为4.4cm,迟角差为5.7°.(3)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和37个观测点的高度计资料;振幅差为5.5cm,迟角差为8.5°.(4)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和14个观测点的高度计资料;振幅差为3.3cm,迟角差为5.6°.4个实验结果都较好地体现了渤海M₂潮波的特征.     

利用TOPEX/Poseidon高度计资料提取的太平洋M2内潮能通量分布

基于内波动力学方程,提出利用TOPEX/Poseidon高度计资料提取内潮的方法.利用该方法,结合1992年10月到2002年6月共10a的TOPEX/Poseidon高度计资料和Levitus(1998)资料,给出了整个太平洋M₂内潮能通量的分布,并与观测资料进行比测,两者符合较好.同时也发现沿整个太平洋边界M₂内潮能通量向大洋内部输入的总功率为58.4GW,其中北太平洋对此贡献为30.2GW,南太平洋为28.2GW,可见南、北太平洋的贡献是基本相等的.东太平洋的总量为17.8GW,而西太平洋为40.6GW,两者差异较大(以160°W作为东、西太平洋分界线).     

烟台北部近岸海域潮流数值模拟

采用ADI法,分别模拟烟台北部海域四大分潮(M_2、S_2、K_1、O_1),得到潮汐潮流性质、潮流椭圆、同潮时线和等振幅线。然后合成四大分潮,对研究海域大潮期的潮流场作了预报,计算结果与实测值吻合良好,再现了该海域复杂的潮波系统。     

象山港潮波响应和变形研究 Ⅲ.潮滩位置和平流效应对M4分潮的作用

通过半封闭矩形理想海湾的潮波运动数值模拟,分析了潮滩及平流效应对M₄分潮的生成和增长的影响.结果说明潮滩的作用不但依赖本身的规模和湾内潮波非线性的强弱,而且与潮滩在湾内所处位置关系很大.在存在M₄分潮共振的海湾中,平流效应可以抑制共振对M₄分潮的放大作用.     

TOPEX/POSEIDON高度计资料用于中国近海M2分潮的同化反演

以整个中国海为研究区域,把开边界取在TOPEX/POSEIDON(T/P)高度计资料数据点,利用趋近插值法将高度计资料同化到二维非线性潮汐数值模式中,反演了中国近海M2分潮的分布.计算结果与60个验潮站资料比较,符合良好振幅平均绝对偏差为6.7cm,相角偏差为5.5°,均方根偏差为12.6cm.根据计算结果给出东中国海和南海M2分潮的同潮图,与相关文献比较,符合良好.研究结果表明,以本方法利用T/P资料来反演中国海潮汐是可行的.     

渤海湾M2分潮的季节变化:增强调和分析的应用

M₂分潮的季节变化对沿海的海洋环境有着重要影响。增强调和分析(EHA)既可以提取主要分潮时变的振幅和迟角,同时可以得到其他分潮不随时间变化的振幅和迟角。本文利用EHA分析渤海湾两个站点的水位数据,研究了渤海湾M₂分潮的季节变化。为了评估EHA方法的准确性,在理想实验中设计了人造“水位数据”。利用EHA分析得到的M₂分潮时变振幅和迟角以及S₂、K₁、O₁分潮不随时间变化的振幅和迟角均比其他方法得到的结果更接近给定值,表明了EHA的有效性和可用性。当使用EHA分析渤海湾实际海平面观测数据时,得到的M₂分潮振幅具有明显的季节变化特征:夏季较大,冬季较小。敏感性实验表明,分析所得渤海湾M₂分潮振幅的季节变化趋势不受实验设置的影响,是鲁棒的,能够反映该海域真实的M₂分潮季节变化。此外,渤海湾M₂分潮振幅的季节变化可能是东亚季风通过影响平均海平面、层化和涡动黏性系数的季节变化而引起的。     

集合调整卡尔曼滤波方法在M2分潮数值模拟中的水深估计研究

数据同化利用观测信息对模型状态场调整的同时也可以对数值模型中的不确定参数进行估计,从而改进数值模型,提高数值模拟的精度。本文基于集合调整卡尔曼滤波方法,采用广义坐标系统的美国普林斯顿大学海洋模式的外模式开展了渤海和部分黄海海域M₂分潮模拟中的水深估计研究。理想数据同化试验结果表明,集合调整卡尔曼滤波方法能很好地降低模式模拟的水位误差并反演出“真实”的水深参数。而在NAO.99Jb和验潮站数据的实际数据同化试验中,与验潮站数据相比较,水深参数估计后,模式模拟的M₂分潮振幅与迟角误差分别降低了40.27%和49.19%。     

基于z坐标海洋模式的全球正压潮波数值模拟研究

The performance of a z-level ocean model, the Modular Ocean Model Version 4(MOM4), is evaluated in terms of simulating the global tide with different horizontal resolutions commonly used by climate models. The performance using various sets of model topography is evaluated. The results show that the optimum filter radius can improve the simulated co-tidal phase and that better topography quality can lead to smaller rootmean square(RMS) error in simulated tides. Sensitivity experiments are conducted to test the impact of spatial resolutions. It is shown that the model results are sensitive to horizontal resolutions. The calculated absolute mean errors of the co-tidal phase show that simulations with horizontal resolutions of 0.5° and 0.25° have about 35.5% higher performance compared that with 1° model resolution. An internal tide drag parameterization is adopted to reduce large system errors in the tidal amplitude. The RMS error of the best tuned 0.25° model compared with the satellite-altimetry-constrained model TPXO7.2 is 8.5 cm for M_2. The tidal energy fluxes of M_2 and K_1 are calculated and their patterns are in good agreement with those from the TPXO7.2. The correlation coefficients of the tidal energy fluxes can be used as an important index to evaluate a model skill.     

河口水流结构分解及斜压M4分潮流探讨

河口水流是河口生态环境、河道演变、物质输运等物理过程的根本动力。由于径流、潮波、地形以及气象等因素的影响,河口水流呈现复杂的三维结构。其中既包括淡水注入形成的余流,也包括周期性的潮流、风生流、斜压流及河口非线性作用导致的流动等。为探究河口水流的组成及其潮内变化,基于瓯江口实测资料,利用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）法对河口水流进行分解,探讨了PCA法对河口水流的分解性能及斜压分潮流的高频特征。研究认为,PCA法在河口水流结构研究中既可采用原始数据操作亦可用标准化的数据进行计算。PCA法可分解出斜压成分（河口重力环流型结构）,但不能将正压成分（径流和潮流）分开,径流和潮流二者综合作用的结果体现在主成分的得分之中。主成分的取舍应根据水流结构和累计解释方差综合判断,不宜仅依据累计解释方差。河口斜压流动具有明显的高频特征,近似呈1/4日分潮的周期。     

M2分潮对夏季长江冲淡水扩展影响的数值研究

利用σ坐标系下的斜压浅涨环流模式,研究Ｍ２分潮对夏季长江冲淡不扩展的影响,在“准定常流”作用下,模拟出能反映夏季长江冲水火水扩展的盐度场,并模拟出与黄、东海实测资料相符的Ｍ２分潮。在此基础上,用两种方案讨论Ｍ２分潮对冲淡水的影响。第一种方案,仅考虑Ｍ２分潮,计算它对冲淡水扩展的影响,第二种方案,将Ｍ２分潮和“准定常流”耦合,计算冲淡水的变化,结果表明,Ｍ２分潮对冲淡水扩展有一定影响,其中包括潮混合     

亚热带珊瑚礁海域枯水季pCO2的分布特征及CO2汇源转换机制-以深圳杨梅坑海域为例

由于存在极高的初级生产和高效的碳代谢速率, 珊瑚礁海域二氧化碳(CO₂)的汇/源属性仍存有争议。为明晰中国典型珊瑚礁海域CO₂的汇源属性及驱动因素, 作者基于2022年11月(秋季)和2023年2月(冬季)在深圳杨梅坑海域的调查结果并结合室内培养实验所获得的数据, 探究了枯水季节典型亚热带珊瑚礁海水二氧化碳分压(pCO₂)的分布特征及主要控制机制。结果表明, 调查期间pCO₂的变化较大, 其范围为233.3~465.3 μatm。秋季表现为大气CO₂的汇, CO₂吸收通量为1.66±0.41 mmol C/(m²/d);冬季表现为大气CO₂的弱源, 其释放通量为0.36±0.17 mmol C/(m²/d)。调查期间(枯水季)杨梅坑海域受淡水输入的影响较小, 季节性温度影响下的生物过程是驱动pCO₂变化的关键因素, 其贡献pCO₂总变化量的73.6%(表层)和66.5%(底层)。其中, 浮游植物光合作用的季节差异是导致海水CO₂汇源转变的主要成因, 而微生物呼吸作用的影响甚微。相比较, 物理过程(CO₂海-气交换、温度和盐度变化)对pCO₂的影响相对较小, 其作用结果远低于生物过程。此外, 珊瑚的代谢活动对杨梅坑局部海域pCO₂分布产生一定影响, 造成礁区pCO₂值高于非礁区。因此, 海气CO₂通量估算中不能忽视局部海域珊瑚代谢作用的影响。     

北黄海夏季pCO2分布及海-气CO2通量

基于在2006年夏季北黄海收集的的高分辨率的表层CO2分压(pCO2)数据,结合水文和生物地球化学同步观测参数,探讨了夏季北黄海pCO2空间分布的控制因素。结果表明,夏季北黄海与大多数中低纬度陆架海类似,由于水温较高,表层pCO2较高(平均值为(463±41)μatm),整个海域相对大气CO2过饱和。表层pCO2分布具有明显的区域差异,辽南和鲁北近岸海域pCO2明显高于中部区域,辽南近岸的高pCO2主要与河流输入和水产养殖引起的生物好氧呼吸有关,而鲁北沿岸的高pCO2主要与烟台近岸的底层冷水涌升及由混合引起的高碳酸盐含量的黄河泥沙的再悬浮有关;在海区中部大部分水域,pCO2与温度之间有较好的相关性,说明温度是这一区域pCO2分布较为重要的控制因子。另外,采用Wannikhof的海-气气体交换系数估计了北黄海夏季海-气CO2通量,结果表明整个北黄海是大气CO2的源,平均释放速率为(4.00±0.57)mmol.m-2.d-1,高于南黄海夏季海-气CO2通量。     

渤海、黄海、东海M2潮汐潮流的三维数值模拟

利用建立的一种新的半隐半显三维数值格式,将渤海、黄海、东海作为一个整体,采用球面坐标系下的三维潮波方程组,考虑了引潮力的作用,数值模拟了渤海、黄海、东海的M₂分潮的潮汐与潮流,结果较好地体现了渤海、黄海、东海M₂分潮的特征.通过比较65个验潮站的实测值与计算值,所得计算结果的振幅差平均为6.4cm,相角差为6.1°,计算与实测符合良好.本文给出的问潮图与Fang于1986年给出的实测占数值综合结果基本一致.对选取的47个测流站,比较了各层潮流调和常数Ucosζ、Usinζ、Vcosη、Vsinη的计算值与实测值的偏差,偏差绝对值的平均在2.6～4.9cm/s之间.并比较分析了潮流的垂直结构,所得结果与实测符合较好.首次揭示出回流点的水平位置不随深度变化这一特性.最后给出了M₂分潮的潮能消耗.     

春季长江口及其邻近海域海水和大气中CH3I、CH2Br2和CHBr3的浓度分布与海-气通量

测定了2018年春季长江口及其邻近海域海水和大气中碘甲烷(Iodomethane,CH₃I)、二溴甲烷(Dibromomethane,CH₂Br₂)和溴仿(Tribromomethane,CHBr₃)的浓度,研究其在海水和大气中的浓度分布特征,探讨了环境因素对其源汇和浓度分布的影响。调查海域海水中CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃的浓度分别为(5.76±2.50)、(5.38±3.31)和(4.65±3.50)pmol·L^-1,总体呈现出近岸高,远岸低的趋势。调查海域CH₃I的浓度分布受浮游植物的影响显著;CH₂Br₂的分布是多种因素共同作用的结果,其中人为输入是影响CH₂Br₂浓度分布的重要因素之一;CHBr₃的浓度分布受人为输入和浮游植物产生释放的共同影响。垂直方向上,海水上下混合比较均匀,受长江冲淡水和沉积物释放的影响,CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃在表层和底层都观测到浓度高值。大气中CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃浓度分别是(1.06±0.77)、(1.72±1.22)和(1.97±2.12)pptv,总体上呈现近岸高于远岸的趋势,人为排放、海-气交换和气团活动共同影响了大气中挥发性卤代烃(Volatile halocarbons,VHCs)的浓度分布,大气中的CH₂Br₂和CHBr₃存在多种来源,不同来源之间CH₂Br₂和CHBr₃排放比率存在较大差异。CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃的海-气通量分别为(50.21±45.47)、(-1.76±77.43)和(-37.65±87.07)nmol·(m²·d)^-1,表明调查期间长江口及其邻近海域是CH₃I的源,同时也是CHBr₃和CH₂Br₂的汇。