关于南沙海域内波与细结构研究

作者综述了南沙海域内波及细结构研究现状。首先介绍研究中所用的国际或国内首次使用的一些研究方法,它们包括最基础的ＣＴＤ资料质量控制的方法,浮力频率计算方法、频散关系和波函数计算方法,细结构概率分布假设检验方法,内波检测方法,内潮计算的谱差分方法等。而后总结所得的研究成果（其中一部分是首次发表的）,它们包括南沙海区浮力频率的分类及其随地域和季节的变化规律;内波频散关系和波函数;细结构特性及其与内波的关系;细结构的非高斯概率分布特性;垂向波数谱特性及其随季节、地域及水层的变化;频率特性;Ｃｏｘ 数及其概率分布;内潮特性等。最后对今后研究方向作了展望。     

南海北部东沙群岛西部海域的海底沙波与内波的研究进展

南海北部外陆架和上陆坡分布着大量的各种类型的深水沙波,经过统计,这些沙波的活动性十分迥异,有着不同于浅水沙波的运移机制。基于国内外对该地区沙波研究成果的总结,指出天文潮、风暴潮等因素均不可能造成海底沙波的持续运动。南海北部同时是世界上内波活动最频繁的区域,与沙波活动区存在空间一致性。经过本文的综述分析,南海北部频发的内波可以造成海底的强流,是造成该海域海底沙波活动的主要原因,未来应在此框架理论下,进行相关证实研究。     

南海北部温盐热结构

南海北部年均水温水平分布有如下特征：南高北低，东高西低；等不温线近亿与大陆斜坡等深线平行；大陆架／斜坡区为一暖水带，深海盆是个冷水区。水温随时间的变化特点是：东北季风盛行期间，大陆架／斜坡区产生暖水带；西南季风盛行期间，大陆架斜坡区间成冷水带；暖水带与冬季风同消长，是盛行季风与大陆架／斜坡地形相互作用的结果；南海北就深海盆终年被冷水盘据。     

利用航天飞机成像雷达图像分析南海内波

利用航天央南海海面获取的内波的合成孔径雷达（ＳＡＲ）图像数据,计算并对比分析了不同波段海面的后向散射系数的差异。系统给出了ＳＡＲ图谱到海浪二维谱的计算过程,改进了一些处理方法以适用于内波分布海面,并利用众ＳＡＲ图像获得的海浪谱,简要分析了内波与风成海浪的相互作用,探讨该区内波的激励因素,认为潮流是激励温跃层在该海区产生有规模内波的主要因素。     

南海北部的温盐热结构——Ⅲ.南海北部盐度时空分布特征

分析讨论了南海北部盐度空间分布特征及其季节变化,得到一些有意义的结果。     

南海北部的温盐热结构

分析讨论了南海北部水温垂直连续分布特征，得到一些令人感兴趣的结果。断面年均水温分布受年均风应力与在大陆架／斜坡地形相互作用制约，南海北部年均风为东北风、大陆架／斜坡区上基本是暖水带。除台湾浅雀同部大陆架／斜坡外，暖水中度与在陆坡坡度成正比。断面上的温踵怪，春季强度开始加强，温跃层上界深度变浅，夏季强度最强，上界深度最浅；秋季强度开始变弱，上界深度深；冬季强度最弱，上界深度最深。     

南海北部孤立子内波生成条件的初步数值研究

南海北部是一个孤立子内波活动频繁的海域,早在20世纪70年代,Fett等[1]就从卫星图片中发现在东沙群岛附近存在着孤立子内波;近年来,在该海域又多次观测到孤立子内波的活动(图1)[2-4];在1998年5～6月期间,中国科学院南海海洋研究所的“实验三号”科学考察船执行“南海季风实验”计划在南海北部东沙群岛以南进行定点观测时,也曾观测到孤立子内波的活动。     

南海北部中深层细结构混合研究

基于2007年8月获得的ADCP（声学多普勒流速剖面仪）海流资料和CTD（温盐深剖面仪）水文资料,应用Gregg模型对南海中深层内波尺度的混合进行估计,同时应用Thorpe尺度对中深层存在的垂向翻转及由此引起的混合进一步分析。两种方法均显示,吕宋海峡附近上层400m的耗散率及混合率均强于18°N断面,中深层两个区域的混合率并没有显著区别。这表明吕宋海峡上层400m,可能存在更活跃的内波活动,从而产生更强的内波混合和垂向水团翻转。Gregg模型估计的耗散率和混合率量级分别为10^-9W·kg^-1和10^-6m^2·s^-1。大部分CTD站位在中深层均存在垂向翻转,而且保持较高的发生率,翻转所对应的混合率并不随深度增加而减小。以上南海北部的细结构混合特征增强对南海中深层混合的认识。     

南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究

通过对2006年南海西北部海域近3个月的全水深流速观测资料的分析,研究了该海区正压潮、内潮及近惯性内波的时空分布特征。结果表明,全日内潮明显强于半日内潮,且最大潮流均出现在海洋上层;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直;内潮能量显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期;全日内潮的coherent部分占全日内潮能量的70%,而半日内潮的coherent部分占半日内潮能量的53%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第三模态能量占总能量的比例仅次于第一模态且量值上与之相当;强风过程可激发出强的近惯性运动,暖涡使得近惯性内波能量更有效地向海洋深层传播,冷涡则不利于近惯性内波能量向下传播。     

南海内波研究前沿与热点

内波为发生在层结海洋内部的亚中尺度波动,是物理海洋学研究,特别是海洋混合及能量级串研究,不可或的缺环节。孤立内波的突发性巨大冲击能量可对水下航行和工程设施构成灾难性威胁,实现实时监测与预报海洋内波具有重大现实意义。南海是全球海洋中超强内波多发海区之一。长期现场观测表明,吕宋海峡以西海域内孤立波振幅高达150～200 m,且终年发生。因此,南海是目前海洋内孤立波观测与研究热点海域。本文以2015年至2021年间发表的论文为依据,评述南海内波研究新进展,认为7 a来研究成果取得质的提升。第一,实现了由卫星为主要手段2D观测到以卫星与潜标同步3D观测为主要手段的提升。由此催生出振幅240 m超强内孤立波、中尺度涡对内波的调制作用、重现周期23 h内孤立波、浅海内孤立波裂变现象、深海盆内波及动能级串等创新成果。第二,研究区开始呈现向中部深海盆扩展趋势。迄今为止,南海内波观测与研究集中在吕宋海峡以西和北部陆架,现已出现向中部深海盆扩展趋势。第三,海洋探测高新技术应用于南海内波观测与研究,取得了突破性成果。由卫星高度计沿轨海面高度场二维平面波分解技术得出的南海M2内潮辐射图,解决了多年争论不休的南...     

南海文昌海域内孤立波特征观测研究

内孤立波对大陆架边缘海区的混合和生态有着显著影响,近年来已成为物理海洋学研究的热点。但是南海北部陆架的内波现场资料极为缺乏。2005年4—7月,中国科学院海洋研究所在文昌海区进行了文昌内波实验。通过此次现场观测数据发现,在4月下旬文昌海域有着强盛的内孤立波,其振幅在40m左右,产生的斜压流接近1m／s,且传播方向平行于等深线切线方向,向西南方向传播。分析还得出此类内孤立波并非发源于吕宋海峡,应该属于潮地相互作用局地生成的内孤立波。     

南海东北部深水海域大振幅内孤立波SAR遥感仿真研究

为了克服基于两层海洋的内孤立波SAR遥感仿真模型的缺陷,使用基于连续分层海洋模型的GK-dV方程,在南海东北部深水海域进行了大振幅内孤立波传播模拟,模拟输出内孤立波振幅91.0m,半波宽度262.0m。然后使用新建立的基于连续分层海洋模型的内孤立波SAR遥感仿真模型进行了内孤立波反演,反演出内孤立波半波宽度251.5m...     

基于遥感与现场观测数据的南海北部内波传播速度

南海北部是全球海洋中内波最为活跃、生成和演变机制较为复杂的海域,本文利用多源卫星遥感数据(MODIS、GF-1、ENVISAT ASAR、RADARSAT-2)和现场观测数据开展了南海北部内波传播速度的研究。通过匹配捕获同一条内波的相邻两幅遥感图像,由内波的空间位移和时间间隔反演传播速度,并以0.5°×0.5°网格给出了南海北部内波传播速度的分布图。研究结果表明,内波传播速度受背景流场、水体层结和底地形变化等多因素影响,特别是水深。在南海北部由东至西、由南至北方向,内波传播速度逐渐递减。深海区内波传播速度最大,可达3m/s以上;内波在向西大陆架传播过程中,随着水深变浅速度逐渐减慢,传播速度为1—2m/s;大陆架浅海的内波传播速度较小,仅为零点几米每秒。同时,利用Kd V方程反演了内波传播速度理论值,对遥感数据提取的内波传播速度进行了精度验证,结果较为一致。     

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。     

南海北部冷泉碳酸盐岩层状结构及其地质意义

通过对南海北部冷泉碳酸盐岩的结构进行研究,发现了3种不同的层状结构:结核状碳酸盐岩的微纹层和烟囱状碳酸盐岩平行及垂直烟囱壁的层。不同层的微结构、化学成分、矿物等方面的研究结果表明:结核状碳酸盐岩层的各个微纹层在结晶程度、矿物形态、孔隙度等方面不同,但化学成分变化不大;对于烟囱状碳酸盐岩,与烟囱壁平行的内外层之间矿物、成岩程度等不同,垂直烟囱壁的不同层之间碳酸盐矿物含量不同。碳酸盐岩不同的层状结构是其形成时地质、物理、化学和生物等信息的反映,对于恢复其形成时的古环境具有重要意义。     

南海北部内孤立波数学模型

在二层内潮数学模型的基础上,考虑非静力平衡扰动压力的影响,导出潮频内孤立波产生、传播的数学模型。该模型不受小地形假设的限制,并适用于南海。应用该模型能解释说明产生以下现象的物理机制：潮流流过巴坦-萨布坦海脊时,在一定海洋环境条件下,通过潮流与起伏的底地形相互作用可激发产生潮频内孤立波,并西传至东沙群岛附近的海域。     

南海,南黄海,渤海^210Pb垂直分布模式

利用~(210)Pb同位素地质学技术测定了我国南海,南黄海和渤海26个岩心现代沉积速率和沉积通量。发现采样点岩心中~(210)Pb的放射性强度随深度衰减呈现出五种垂直分布模式,利用其分布模式,分析研究了采样点海区沉积作用强度、物质来源和沉积环境。~(210)Pb资料表明我国陆架浅海采样点、尤其象黄河三角洲高速沉积区近百年来的沉积速率和沉积格局有显著的差异和独特的沉积特征。     

南海北部春季网采浮游植物群落结构初步研究

报道了2005年春季南海北部23个大面站网采浮游植物的调查结果,对浮游植物的群落结构进行了初步研究.共鉴定浮游植物3门73种,硅藻种类最多(50种),其次为甲藻(22种)和金藻(1种);浮游植物细胞丰度平均为3.07×104cells/m3,以硅藻为主(相对丰度平均93.8%),其次为甲藻(相对丰度平均6.16%)和金...     

东海内陆架春季跃层和内波影响下的环境要素分布

基于东海内陆架P2连续站春季流速和环境要素的观测数据,发现该站存在由浙闽沿岸水系和陆架混合水系界面形成的较强跃层,跃层的浮频率在1×10-3s-2左右。跃层上下水体的温盐值变化和流场的变化有相关关系。环境要素在跃层的影响下呈现显著的分层结构,说明跃层对环境要素的垂直交换起到了限制作用。同时跃层的存在也为内波的产生提供了条件,斜压结构主要由具有半日潮频率的内潮和近惯性频率的内波组成。在观测开始和结束时刻,跃层深度显著抬升,跃层中存在Ri-1大于4的情况,这与叶绿素溶解氧跨跃层现象存在的时刻对应,说明这两个时刻水体由于内波活动改变了跃层深度并存在剪切不稳定的情况,进而引起了水体的垂向交换,为环境要素的跨跃层混合提供了条件。跃层和内波分别对环境要素的垂直混合起到了阻碍和加强的作用。     

南海北部海区水团的判别分析

将判别分析应用于南海北部海区的水团分析。划分为八个水团:沿岸冲淡水团(F),近岸混合水团(M),暖表层水团(WS),表层水团(S),表—次层混合水团(SU),次层水团(U),次—中层混合水团(UI)和中层水团(I)。给出了各水团在四季代表月的Bayes多组判别的系数和参数。用资料检验判别的成效.冬季和春季可达95.90％以上,夏季为94.80％,秋季是全年最低值,为92.72％。讨论了造成错判的原因,并与Fisher判别作了比较。当测值维数较低时,建议选用Bayes判别。对八个水团以及各水团两两之间差异的显著性进行了检验,证实在每个季节中各水团之间的差异,都在高度置信水平(α=0.01)上具有显著性。因而,划分为八个水团是有实际意义的,其判别式的系数和参数,可用于实际的判别和预报。