黄海海洋对台风“灿鸿”外围过程响应的观测研究

2015年9月台风"灿鸿"经过黄海海域的QF111浮标,该浮标观测到黄海海洋的温度和流速响应。受台风影响,黄海海表温度有明显的下降,降温幅度在2～4°C,且在台风路径右侧形成了海表面温度低于20°C的低温斑块。流速的响应主要表现为台风过境期间流速增强,达1.2～1.5 m/s,呈现出全水深强化的特征。风一直对海洋有能量输入,且在台风过境期间风输入海洋的能量最大,旋转功率谱的分析结果表明台风输入海洋的能量向海洋内部传播。黄海海域由台风激发出的近惯性振荡衰减较快,近惯性振荡e折时间尺度约为2 d。     

黄海对台风“利奇马”响应的观测研究

2019年8月台风"利奇马"经过黄海海域,对海洋环境产生重要影响,本文利用QF103和QF111浮标观测资料分析了黄海海洋对台风的响应。结果表明:受台风影响,海面温度明显下降,海面水温降幅可达5℃;海面生态要素响应明显,海洋表层盐度、叶绿素a质量浓度(简称叶绿素a浓度)、溶解氧质量浓度(简称溶解氧浓度)均有明显升高,盐度升高约0.6,叶绿素a浓度的最大值可达1.4 mg/m³,溶解氧浓度最大值超过7.9mg/L。台风过境时的强风应力使表层流速明显增强,台风对海洋表层流的能量输入使得近惯性频带能量大幅增加,台风激发的近惯性流速最大振幅为0.15m/s,在垂直方向上具有第一斜压模态的特征;在黄海海域近惯性振荡衰减的时间尺度约为2.2 d。     

渤海、黄海、东海潮流、潮能通量与耗散的数值模拟研究

基于ROMS海洋数值模式,对渤海、黄海、东海的潮汐、潮流进行数值模拟,模拟结果与91个沿岸验潮站的实测结果拟合较好。研究表明,渤、黄、东海内的潮波以半日潮为主,共有4个半日潮、2个全日潮和1个退化的半日潮旋转潮波系统,且都呈逆时针方向旋转;渤海的半日潮流主要呈顺时针方向旋转,全日潮流呈逆时针方向旋转,黄海的潮流以逆时针旋转为主,东海、朝鲜海峡潮流以顺时针旋转为主;半日分潮流共有13个圆流点,K1(O1)分潮流有10(9)个圆流点,但全日潮流的同潮时线分布较为复杂;太平洋传入东海的4个主要分潮潮能通量分别为118.341GW、19.525GW、5.630GW、3.871GW,一半以上的潮能耗散在南黄海,30%—40%的潮能耗散在东海,其次是北黄海,而渤海最小。     

台风“布拉万”过境黄海时的异常增温事件研究

海洋对台风的响应通常表现为海表温度的降低,然而,出现在2012年8月的台风"布拉万"在经过黄海时却引起朝鲜半岛木浦沿岸海域海表的增温(而非降温),且增温幅度达4.2°C。本研究详细分析了此次异常事件的时空特征,并探讨了其可能的成因。结果发现,此次事件的产生和黄海表层冷水斑块(Surface Cold Patch,SCP)存在密切关系,并恰好出现在木浦SCP所在位置。上升流和潮混合是木浦SCP的两大形成机制,此次增温事件主要是台风"布拉万"通过抑制其生成机制之一的上升流而导致降温不足之故。具体而言,台风"布拉万"过境时位于木浦SCP的左侧,其上的北向风应力带来向岸的Ekman输运,造成外围暖水在木浦SCP地区堆积,从而抑制了该地区原本的上升流(甚至变为下降流)。     

西南黄海M2分潮的数值模拟

本文采用普林斯顿大学海洋模式(POM)结合中国海军司令部发布的海图地形资料, 对西南黄海M2分潮进行了三维数值模拟。利用近岸4个验潮站水位资料和一组2008年夏季鲁南海槽中30m水深处潜标测流资料, 对模拟的潮汐和潮流结果进行了对比。模式模拟的M2分潮振幅与青岛、石臼所和吕泗这三个验潮站的实测资料符合良好; 但与连云港验潮站的实测振幅相比, 模拟振幅明显偏小, 推断主要原因是连云港港口实际水深值与海图地形中的水深值相差较大, 造成模拟结果的偏差。模拟的潮流结果与潜标测流资料在上层和中层较接近, 模拟的近底层潮流结构与实测资料相比存在较大偏差, 推断是由于模式的垂直混合系数误差造成的。使用该模式研究了西南黄海M2分潮对模式地形的敏感性, 发现采用海图地形数据和ETOPO5地形数据所模拟的西南黄海潮汐和潮流有显著不同。使用较平滑的ETOPO5地形数据所模拟的结果中, 西南黄海近岸海区M2分潮振幅偏小、相位偏大、潮流偏弱。研究表明, 鲁南海槽的存在增大了海州湾的潮汐振幅, 苏北浅滩对向南传播的潮波起到了阻挡作用。以上两个西南黄海近岸海区地形的重要特征在ETOPO5地形数据中没有被体现出来, 因此造成模拟误差。     

南黄海西部初夏潮致-风生环流的数值模拟

基于有限体积方法的海洋数值模式FVCOM,计算了南黄海西部六月份潮致余流及风生环流,分析了潮致余流、初夏风生环流各自的环流结构,得出六月份该区域风生环流占主导,偏南风的作用较为显著,潮致余流相对较弱。最后将风和潮汐进行耦合计算,得出该区域初夏的环流结构,表层海水大体为由南至北的流动,说明该区域风力为主要驱动力。计算结果与流速及环流实测资料吻合较好,为进一步研究浒苔的漂移轨迹等奠定了动力基础。     

北黄海北部海域潮余流的模拟研究

基于二维水动力模型,在仅考虑潮流作用条件下,通过计算欧拉余流和拉格朗日余流并结合粒子追踪方法研究了辽宁大连—朝鲜龙渊郡连线北侧的北黄海北部海域的潮余流结构和粒子运移的趋势。结果表明:欧拉余流和拉格朗日余流流速整体较小,呈现由南向北的流向,但在獐子岛及长山群岛的附近岛屿和朝鲜半岛沿岸的海域欧拉余流和拉格朗日余流流速较大。对比粒子追踪计算的结果与欧拉余流和拉格朗日余流的结果表明,流向与粒子运移路径基本一致。该海湾的余流及粒子运动规律特点对辽东半岛东岸及朝鲜半岛西侧海域的排污及污染控制有重要的借鉴意义。     

南黄海非线性内波的数值模拟研究(1)——内潮的内Kelvin波模型

若干观测结果表明,黄海内潮波具有较显著的内Kelvin波性质,并且在南黄海其非线性演变过程是产生内孤立波的重要机理之一。本文给出连续分层海洋的内Kelvin波模型,并且对南黄海进行了初步的数值模拟研究。数值模拟结果表明,内潮引起的质点水平速度u的大的剪切值(绝对值)发生在30 m深度以上的水层,而在30 m深度以下的水层中剪切值很小。     

南黄海非线性内波的数值模拟研究(2)——内潮的非线性演变

在本工作的先行部分的基础上,本文中考虑第一模态半日内潮波分别从A站位(34°4′N,125°6′E)和B站位(36°34′N,123°51′E)向西、西南和西北方向的反射和非线性演变过程,使用的数学物理模型为适用于连续层化海洋并且考虑背景正压落潮流与涨潮流不同作用的一般化的KdV模型(简称之为GKdV模型)。模拟结果表明,南黄海的内孤立波集中分布于南黄海的南部,而在其北部极少出现内孤立波的主要原因是在南黄海的南部存在较强的背景斜压环流和很强的背景正压潮流,而且在涨潮时段(相对于朝鲜半岛的西海岸而言)背景斜压环流和背景正压潮流的方向基本相同,而在南黄海的北部这2种背景流都很弱。另外,由于出现高达0.75 m/s的正压潮流,自A站位向西北方向传播的半日内潮波处于不稳定状态。     

台湾东北部地形共振对M2内潮演化影响的数值模拟研究

<正>压潮流、突变海底地形和稳定层结结构是内潮生成的主要因素。台湾东北部海域地形结构多变,正压潮流较强,形成复杂的内潮场。本文通过ROMS(Regional Ocean Modeling System)模式,研究了台湾东北部海域两源区共振条件下内潮的生成、传播和耗散混合过程。结果表明:在台湾东北部海域,Mien-Hua海底峡谷与I-lan海脊是M2内潮重要的生成源区,源区之间的距离与M2内潮水平波长相当,满足共振条件并增强了内潮的生成和耗散。本文通过敏感性试验,探讨模式水平分辨率与不同季节的层化对源区共振过程的影响,数值实验表明,高分辨率的数值模式可以更好地刻画小尺度的地形结构,对复杂地形条件下内潮生成和传播过程的数值模拟十分必要;不同季节的海水层化结构在本质上不改变两源区间的共振关系,但层化强弱对内潮能量的生成具有一定程度的影响。     

渤、黄、东海内潮的数值模拟

在全球的海洋中,中国东海和临近海域是最显著的内潮生成地之一。本文采用NODC(Levitus) World Ocean Atlas 1998提供的季平均温、盐资料,计算海水的密度,并计算垂向密度梯度的最大值点,得到一个较符合海水实际的密度分层。使用三维非线性数值模型(将海洋分为2层)研究了潮汐(M2,S2,K1,O1分潮)作用下渤黄东海的内潮,揭示了整个海区内潮起伏的空间分布,结果发现大振幅的波动均发生在台湾东北(冲绳海槽)海域和中国近海地形突变之处,其中前者更显著。对于各分潮模拟得到的表面潮与TOPEX/Poseidon高度计资料基本一致。研究结果表明上层海水的深度和厚度的梯度对内潮有一定的影响;冬季分布区域比夏季小,强度比夏季大。     

渤、黄、东海潮汐、潮流的数值模拟与研究

基于FVCOM海洋数值模式,采用高分辨率的三角形网格,对渤、黄、东海的潮汐、潮流进行数值模拟,并通过比较120个沿岸验潮站和14个潮流观测站的实测与模拟结果进行模型验证,两者符合较好。根据模拟结果,给出了四个主要分潮的潮汐同潮图和5m层潮流最大流速及最大潮流同潮时分布。渤、黄、东海共有5个半日分潮和3个全日分潮的独立旋转潮波系统,且都呈逆时针方向旋转;半日潮流和全日潮流各有12个圆流点;在冲绳岛和奄美岛两侧的4个半日潮流圆流点分别呈对称分布,其中有3个为本文首次给出;在日本九州岛西侧还新给出2个全日潮流圆流点。有关它们的存在性需要实测资料的进一步检验。     

台风过境对黄海冷水团及其环流结构的影响

台风能够对黄海的水文结构及人民群众的生产生活产生重要的影响,严重威胁了人们的生命财产安全。利用ROMS(regional ocean modeling system)模式,分析了台风"灿鸿"在过境黄海期间对黄海温度及环流结构的影响过程。结果表明,台风期间强烈的风致混合能够使温跃层的深度增大,强度减弱,同时,使得近岸的底层温度迅速升高,推动底层的温度锋面向黄海内区移动。台风过境也会对黄海冷水团环流产生重要的影响,台风过境前,混合层中的北向流会迅速加深增强,同时伴随着混合层及温跃层的下移,从而使得黄海冷水团环流的流核下移至跃层以下。当台风过境时,黄海上空的气旋式风场会加剧黄海上层的气旋式环流,导致黄海冷水团环流的流幅及流量迅速增加。当台风登陆后,黄海上层的温度及黄海冷水团环流的结构开始逐渐恢复。     

黄海海域大规模绿潮成因与应对策略——“鳌山计划”研究进展

在青岛海洋科学与技术国家实验室"鳌山计划"支持下,本项目围绕黄海大规模浒苔绿潮的防控减灾,联合山东和江苏两地多个单位协作攻关,于2016年到2018年展开了多学科交叉研究,通过对绿潮藻浒苔(Ulva prolifera)的附着、入海等行为的加密观测,在大规模浒苔绿潮成因机制和防控策略方面取得了重要进展,确认了苏北浅滩源地,确认本海区大量紫菜(Pyropiayezoensis)栽培筏架提供的大面积合适附着基、典型的富营养化环境特点以及北向风生流是黄海大规模浒苔绿潮形成的重要条件。本项目解决了以下几方面的问题:1.锁定关键时段和海域并开展打捞船与无人机配合打捞;2.发现苏北浅滩存在独特浒苔种源;3.定量化研究了紫菜筏架拆除时人为去除筏架及绠绳上的附生绿藻量,明确这一过程大大促进了浒苔大量集中入海,成为浒苔绿潮形成的重要环节;4.定量化研究了浒苔在向北漂移,生物量和分布不断增加的过程;5.依据对浒苔緑潮的源头及其早期发生、发展几个关键过程的科学认识,提出了设置三道防线进行浒苔绿潮防控的策略以及在苏北浅滩开展浒苔绿潮初始生物量源头控制的具体建议。6.评价了浒苔绿潮对生态环境和养殖业危害的同时,关注了高生物量输入对受灾地可能带来生物北侵的生态风险。7.为保障2018年青岛上合峰会,项目组先期提交了绿潮防控建议,部署和开展的各项研究和现场调查结果为绿潮的预测防控提供了有力支撑。同时本项目还针对浒苔绿潮灾害的年际变化、马尾藻(Sargassumsp.)金潮灾害加剧、南黄海"三潮齐发"的复杂态势等新问题展开了观测与研究,为进一步制订更科学高效的防灾减灾方案,阐明全球变化和人类活动影响下的我国近海藻华灾害的演变奠定了基础。     

末次冰消期以来黄海海平面变化与黄海暖流的形成

ＹＳＤＰ１０２孔和ＹＳＤＰ１０３孔位于南黄海东南侧冷涡所对应的泥质沉积区,它们揭示了自末次冰消期以来的海侵沉积序列：海侵滞留沉积→潮流砂脊／潮坪～海滩沉积→陆架泥质沉积。该沉积序列上部的陆架泥质沉积厚度可达５０余米,在浅地震剖面上其内部存在一个明显的反射界面,从而将泥质沉积体分为上、下两个单元。泥质沉积体呈灰绿色调,含少量自生黄铁矿,但其内反射界面以上的沉积物含水量高。根据两个钻孔岩心中有孔虫的分布规律、泥质沉积层的化学组分、沉积磁组构特征以及现有测年数据,得到如下结论：（１）黄海暖流形成于大约６ｋａＢ．Ｐ．,（２）泥质沉积层内反射界面以上的沉积物是与黄海暖流伴生的冷涡沉积,（３）黄海地区末次冰消期海侵自略早于１４ｋａＢ．Ｐ．之前开始,至约６ｋａＢ．Ｐ．海平面达到最高位置。从６ｋａＢ．Ｐ．至今,海平面经历了几次波动,即在６～４ｋａＢ．Ｐ．和３～１．９ｋａＢ．Ｐ．海平面超过现今海平面位置;在４～３ｋａＢ．Ｐ．和１．９ｋａＢ．Ｐ．～现代,海平面有所降低,可能与现今海平面高度相当。     

黄渤海海水中丙烯酸的生成与降解的初步研究

在黄渤海海域对β-二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）降解产生丙烯酸和丙烯酸的降解过程做了初步研究。结果表明,海水中有明显的DMSP降解和丙烯酸的生成现象。在DMSP降解初期,DMSP不断降解,丙烯酸则在经过1 h后浓度开始上升,达到最大值后再次下降。起始DMSP浓度越高,降解得越完全,且丙烯酸最大值越大。在观测的5 h内,丙烯酸的表观降解速率总是大于DMSP的表观降解速率,且两者都与初始浓度成正相关。在丙烯酸的降解过程中,黑暗条件下起始浓度越大,丙烯酸变化速率越大,而光照条件下则恰好相反。光化学反应中前2 h表现为丙烯酸的光化学生成,而后2 h表现为光化学降解。     

黄海潮生陆架锋的数值模拟研究

采用海洋三维热结构及环流模式,模拟了黄海在Ｍ２潮流混合作用下,夏季温度的分布和变化特征。从数值研究的角度,对黄海陆架水域的海洋锋现象,诸如苏北浅滩外、山东半岛东端、大连、木浦水域的锋面以及锋面沿岸一侧的表层冷水区的成因及分布进行了探讨,模拟结果再现了黄海陆架锋的潮生性质。     

黄海冬季环流的数值模拟

在北黄海和渤海冬季环数值研究的基础上，利用其进一步改进的数值差分格式，对整个黄海的冬季环流进行了数值模拟。数模结果表明，改进的差分格式完全保持了计算海区的总能量和总质量守恒。就环流的总趋势而论，数据模拟结果与由资料所分析的结果几乎完全相同。     

南黄海灾害性地质研究

本文研完了南黄海10种灾害地质因素的性质、危害性及分布,对其进行了分类,在此基础上对本区之灾害地质进行了区划和评价。     

渤、黄、东海夏季环流的数值模拟

在POM的基础上 ,建立一个σ坐标系下的三维斜压预报模式 ,考虑了海底地形、外来流、长江径流、海面风应力、海面热交换等多方面因素的影响 ,较好地模拟了夏季东中国海环流的情况。其结果表明 ,黑潮在流经东海时沿东海陆坡流动 ,其途径随陆坡等深线走向而变 ,在其两侧出现一些涡旋。夏季台湾暖流上层水主要来自台湾海峡 ,底层水主要由台湾东面黑潮的次表层水入侵陆架生成。夏季进入朝鲜海峡的对马暖流的来源是多方面的 ,其中有 :台湾暖流、黑潮分支、长江冲淡水与西朝鲜沿岸流的混合水。长江冲淡水在出长江口后 ,很快转向北流动 ,到34°N附近转向东南方向。在长江口东北面存在两个中尺度的涡旋。夏季黄海冷水环流由南北两部分组成 ,表层流速大 ,底层流速小。在青岛 石岛附近还存在一个中尺度的反气旋型涡旋