黄、东海环流的数值研究Ⅰ. 黄、东海环流的数值模型

首先依据拉格朗日环流理论与黄、东海的环流物理和几何特征建立一个黄、东海环流的动力学统一模型 ,并按其无因次方程的量阶分析获得其零阶和一阶模型方程。最后依此模型方程的数学、物理特征确立了流速分解方案 ,从而形成完整的黄、东海拉格朗日环流数值模型。该课题组已完成较系统地对黄、东海环流的数值研究。该篇论文为系列报道之首篇。     

渤海、黄海、东海冬季环流的数值模拟

在POM的基础上,建立一个σ坐标系下三维斜压预报模式,利用经过资料同化处理的周平均卫星遥感海面温度资料,考虑海底地形、外海出入流、海面风应力等因素的影响,较好的模拟了冬季渤、黄、东海环流的情况。     

A study of numerical model equations of circulations in East China Sea

Recently many authors have attepmted to model circulations in East China Sea by numerical means, for example, Xi et al^1),2). (henceforth Ref.[1] is referred to as A and[2] as B respectively), Yuan et al. and Chio. We had raised questions in regard to the correctness of the governing equations used in A, as well as their choice of boundary conditions. Comparing numerical solution of A with that of B which employed a correct form of governing equations (but with an incorrect value for the bottom friction coefficient), B asserted that the governing equations used in A were correct. It is, therefore, appropriate to have a discussion on the formulation of proper equations.     

东中国海海浪数值模式的研究

为建立适应东中国海的海浪数值模式，主要基于目前广泛使用的WAVEWATCHⅡⅠ海浪数值模式进行东中国海海域的海浪数值模拟。以NCEP和NCEP与QSCAT的混合风场资料为输入，模拟了两个时间段的东中国海海域的海面风浪场。选取的两个有实测资料的输出点分别在渤海和东海。从所得结果来看，使用NCEP与QSCAT混合风场模拟的东海观测点处的波高和风场的观测值和模拟值符合的较好；利用1998年相应时间段的NCEP风场模拟的上述两点结果与实测比较也是可以接受的。研究结果说明，在目前情况下，运用NCEP与QSCAT混合风场建立统一的东中国海海浪数值预报模式是可行的，同时为东中国海波气候学研究及海洋大气耦合作用研究奠定了模式基础。     

黄、东海环流的数值研究Ⅳ——斜压环流的诊断计算

基于黄、东海Lagrange环流数值模型 ,对黄、东海Lagrange斜压环流进行了诊断计算。采用流速分解法将La grange流速分解为梯度流、风海流、潮致余流、热盐环流、零阶环流耦合流 5种分量 ,实现三维计算的准二维化。计算结果较成功地模拟了冬夏两季黄、东海Lagrange环流 ,表明密度环流在冬、夏季均是东海环流的重要分量 ,可显著增强了东海黑潮、东海黑潮、台湾暖流和对马暖流 ;在夏季还是黄海环流的主要分量。     

黄、东海环流的数值研究 IV--斜压环流的诊断计算

基于黄、东海Lagrange环流数值模型,对黄、东海Lagrange斜压环流进行了诊断计算.采用流速分解法将Lagrange流速分解为梯度流、风海流、潮致余流、热盐环流、零阶环流耦合流5种分量,实现三维计算的准二维化.计算结果较成功地模拟了冬夏两季黄、东海Lagrange 环流,表明密度环流在冬、夏季均是东海环流的重要分量,可显著增强了东海黑潮、东海黑潮、台湾暖流和对马暖流;在夏季还是黄海环流的主要分量.     

黄、东海环流的数值研究Ⅲ——正压环流的数值模拟

依据黄、东海环流的的动力学模型 ,运用“流速分解法”对黄、东海正压环流进行了数值模拟。计算结果表明冬季黄海正压环流主要受风应力影响 ,基本形态为黄海暖流由济州岛西南进入南黄海中部 ,其东西两侧分别为两支向南流动的沿岸流 ;夏季主要受到潮致体力的影响 ,为一逆时针涡旋。东海环流主要是边界力作用驱动的结果 ,东海黑潮、台湾暖流和对马暖流较稳定。冬季风应力对东海环流表层流场有消弱作用 ,在夏季则有一定增强作用。     

东中国海拉格朗日环流数值模拟Ⅰ--自适应环流模型

海洋环流是海洋科学研究的1个焦点.本文首次建立了东中国海环流自适应数值模型.由于所设计的自适应网格既与边界适应,又在水深变化急剧的东海陆坡处得以加密,从而使坐标变换下的三维斜压模式克服了跨越陆坡计算这一难题,并以期获得更为精确的数值研究成果.该模型基于Lagrange时均观点,而非Euler观点.它可计算海域三维斜压流场,从而得到其风生-热盐-潮致Lagrange环流.模拟结果与实测及现有的数值研究结果比较,合理可信.其中黄海暖流的起源问题,计算结果与传统观点相悖,而与近期实测结果一致.本文为系列报道之首篇.     

2001年春季东中国海三维环流的数值模拟

本文基于2001年4月东中国海区域实测水文资料,应用三维有限元模式FEOM(Finite Element Ocean Model)对东中国海三维环流系统进行了数值计算分析。模式水平网格系统采用单节点线性三角形网格,垂向使用z坐标,观测温、盐度场通过客观分析法插值得到初始条件,分别进行了诊断计算和强诊断计算,计算结果表明:(1)改进逆方法可以很好地反演研究区域流函数和流量分布,为数值模拟提供优质可靠的开边界条件。(2)有限元模式在网格自由度方面和对研究区域的完整覆盖方面优势明显,高分辨率的垂向z坐标也可以较好地拟合海底地形,从而得到较高分辨率的三维数值模拟结果。(3)通过诊断计算,模拟再现了东中国海春季环流的多涡结构,分辨出了台湾暖流、黄海沿岸流、黄海暖流等流系。(4)比较诊断与强诊断两个计算结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别,总体分布强诊断计算结果更为合理。     

海浪混合参数化的渤海、黄海、东海水动力环境数值模拟

在浪-流耦合的概念下,对Princeton Ocean Model(POM)模式进行改进,增加特征波参数下的海浪混合作用,并把潮流和环流同时模拟,得到了渤海、黄海、东海典型的环流和水文特征,特别是夏季黄海的温跃层现象,夏季长江冲淡水扩展路径以及我国东部海域冬季和夏季典型环流等.研究表明,海浪的作用使海洋上层混合得更均匀,潮流的作用使海洋底层混合得更均匀,二者是温跃层形成的重要原因;考虑潮效应模拟流场,由于潮扩散和潮余流的作用,长江冲淡水路径与实际观测更为符合.     

Reliability of ADCP data detided with a numerical model on the East China Sea shelf

The reliability of a numerical tide model for detiding acoustic Doppler current profiler (ADCP) data is examined on the East China Sea shelf. The process is adopted for the ADCP data obtained on 12–13 May 2003. The ocean model accompanied by the most precise harmonic constants available to public is used to compute external tides. The root mean square difference is less than 10 cm/s between the detided currents and those using the least squares method, and so the detiding process using the numerical model is available to detect the East China Sea shelf circulation faster than this speed.     

A numerical experiment on the sedimentation processes in the Yellow Sea and the East China Sea

Sedimentation processes of suspended matter supplied from the Huanghe (Yellow River) and the Changjiang are investigated with the use of a three-dimensional numerical model of the Yellow Sea and the East China Sea which includes the tidal current, residual flow and wind waves. Suspended matter supplied from the Huanghe mainly deposits in the Bohai Sea and that from the old river mouth of the Huanghe and from the Changjiang in the central part of the Yellow Sea or south of Cheju Island. The calculated results well reproduce the observed sedimentation pattern qualitatively except for the offshore area of the southeastern coast of China.     

Implementation and application of a nested numerical storm surge forecast model in the East China Sea

A nested numerical storm surge forecast model for the East China Sea is developed. Aone-way relaxing nest method is used to exchange the information between coarse grid and fine grid. In the inner boundary of the fine grid model a transition area is set up to relax the forecast variables. This ensures that the forecast variables of the coarse model may transit to those of fine grid gradually, which enhances the model stability. By using this model, a number of hindcasts and forecast are performed for six severe storm surges caused by tropical cyclones in the East China Sea. The results show good agreement with the observations.     

On a new Siphonophora from the East China Sea and South China Sea

In the course of identifying the samples of Siphonophora from the East China Sea and South China Sea, a new Siphonophora, Vogtia microsticella sp. nov. , was noted. The new species is distinguished from other five species in the genus in nectophore as follows: Parahorse-shoe shaped with five bluntly rounded projections, the two projections below the ostium, i. e. the basal projections, approach each other. The dorsal facet is smooth without any gelatinous prominence. Smaller are the nectosac and the ostium.     

东海陆架环流季节变化的模拟与分析

在改进POM模式基础上,建立1个中国东部海域斜压准预报模式,利用全球海洋模式结果并结合实测资料以及高精度卫星遥感SST资料,进行了东海陆架海域温盐及环流年循环的数值模拟,并系统分析了东海陆架环流系统及其季节变化、各暖流的路径等广为关注的问题。模式结果表明：黑潮主轴主体沿陆架坡折走向,中段黑潮流幅由南至北增宽,流速变大,流核所达深度变浅。浙闽沿岸流是一典型的季风环流,台湾暖流终年表现出东、北两分支结构,其分支表现出明显的季节性变化特征。在东海东北部陆架海域,冬季黑潮以其分支形式向北入侵,夏季则主要以大陆边缘流的形式向北进入陆架。论文对各暖流的水源也进行了相应的分析。     

一个东海嵌套网格台风暴潮数值预报模式的研制与应用

建立了一个覆盖东海的两重嵌套网格高分辨率台风暴潮数值预报模式.粗、细网格模式分辨率分别为6'和2'.两套网格的嵌套采用单向松弛套网格技术,即在细网格的内边界附近建立了一个“过渡区”,对预报的物理量进行松弛,使粗、细网格模式变量逐步过渡,避免了边界附近寄生波的产生,从而增加了模式的稳定性.利用该模式,对显着影响东中国海地区的6次风暴潮过程进行了后报和预报试验.与观测资料比较,数值结果令人满意.     

东海黑潮主段环流子结构研究

通过对多种调查资料的综合分析,提出了东海黑潮主段子环流系统的物理模型,它是由较稳定的东海黑潮主段、经常出现(大概率)的右侧逆流和有条件出现(小概率)的外陆架逆流所构成的一个双环环流结构。部分黑潮水由主段北部进入陆架区形成外陆架逆流,或转向黑潮以东海域形成右侧逆流;由主段南部进入黑潮的陆架水,一部分来自外陆架逆流闭合了双环结构的外陆架部分;黑潮右侧逆流水大部分形成反气旋流动重新进入主流,闭合了双环结构的东部部分。     

渤海、黄海、东海冬季海流场温度场数值模拟和同化技术

利用NASA高分辨率的卫星遥感资料SST,采用Nudging同化来模拟渤海、黄海、东海的三维温度场,减小用热通量作上边界条件所带来的误差.结果表明,模拟的海流场能较好地反映渤海、黄海、东海的环流特征.数据同化后的温度场优于未经同化的温度场.3个选择站点的同化值与实测值的均方根误差分别为1.307,0.526,0.744,用热通量资料模拟的水温与实测值的均方根误差分别为2.160,0.979,1.330.尽管只同化了海表温度,但数据同化对三维温度场结构都有影响.     

黄、东海环流的数值研究Ⅱ潮及潮致环流数值模拟

该文中数值模拟了黄、东海陆架区的四大天文潮及其潮致拉格朗日环流。运用“流速分解法”将线性三维分潮波问题化为一个分潮潮位及深度平均流的二维问题和一个流速垂向剖面问题求解。其二维问题的底摩擦系数由三维模式导出 ,所导得的线性底摩擦力公式更符合物理意义 ,且避免一般二维模式中底摩擦力的经验假定。结果表明 ,三维模式完全可以通过准二维方法求解 ,以避免一般三维问题的繁重计算     

黄海、东海海区水体散射特性研究

半分析模型是水色遥感反演算法的研究热点,而水体后向散射系数对建立半分析水色反演模型是非常重要的参数.通过对黄海、东海海区的水体固有光学量测量数据进行分析,得到水体总后向散射系数与水体总散射系数的关系为乘幂关系,颗粒物后向散射系数随光谱变化的指数在高低浑浊度水体有很大差异,并初步得到黄海、东海海区水体的后向散射系数与总悬浮物浓度的关系,从而为水色半分析模型建立和水光学辐射计算提供一组散射特性模型.