1998年春夏南海温盐结构及其变化特征

利用1998年5～8月“南海季风试验”期间“科学1”号和“实验3”号科学考察船两个航次CTD资料,分析了1998年南海夏季风暴发前后南海主要断面的温盐结构及其变化特征.观测发现,南海腹地基本被典型的南海水团所控制,但在南海东北部尤其是吕宋海峡附近,表层和次表层水明显受到西太平洋水的影响.季风暴发以后,南海北部表面温度有显著升高,升幅由西向东递减,而南海中部和南部表面温度基本没变,这使得南海北部东西向温度梯度和整个海盆南北向温度梯度均减小.北部断面表层盐度普遍由34以上降低到34以下,混合层均有所发展,是季风暴发后降水和风力加剧的结果.观测期间黑潮水跨越吕宋海峡的迹象明显但变化剧烈.4～5月,黑潮次表层水除在吕宋海峡中北部出现外,在吕宋岛以西亦有发现,表明有部分黑潮水从吕宋海峡南端沿岸向西进而向南进入南海.6～7月,次表层高盐核在吕宋海峡中北部有极大发展,但在吕宋岛以西却明显萎缩;虽然看上去黑潮水以更强的流速进、出南海,但对南海腹地动力热力结构的影响未必更大.一个超过34.55的表层高盐水体于巴拉望附近被发现,似与通过巴拉望两侧水道入侵南海的西太平洋水有关.     

湛江湾三维温盐特征季节变化观测分析

利用2017年1−12月的现场观测数据,分析了湛江湾温盐的三维空间结构及季节变化特征。结果表明：(1) 2017年湛江湾各站位年平均温度为23～27℃、盐度为19～27、位势密度为11～17 kg/m³、浮性频率(N²)为7×10⁻⁵～5×10⁻³ s⁻²。浮性频率的垂向结构及水平分布与温度分布类似,而位势密度则与盐度的变化趋势几乎一致;(2)温度季节变化明显,夏季最高,秋季次之,冬季最低,冬夏温差最大达15℃,而盐度季节变化则不大。相较于季节引起的变化,涨落潮对温度以及盐度影响较小。温度跃层夏季最强,10 m处温度最大梯度可达到0.7℃/m,春秋季温跃层抬升至5 m附近,冬季水体上下混合均匀。夏季和秋季存在明显的盐跃层,盐度梯度最大可达到1.1 m⁻¹。跃层上下温盐的季节变化规律一致;(3)水平分布上,从湾顶区、湾颈区、大堤区、浅滩区到湾口区,温度递减,盐度递增,湾顶区和湾口区平均温度差为2.3℃,盐度差为2.7。温盐图分析显示,不同季节水体呈现为不同的温盐条带,湾口区基本为低温、高盐水体,而湾顶区基本为高温、低盐水体,其他区域水体介于上述两者之间。     

六套海洋模式模拟热带西太平洋深层环流结果的对比分析

借助于六套海洋模式资料,本文初步分析了热带西太平洋深层环流的基本特征。与气候态数据集WOA13相比,水深3000m层除HYCOM以正温度偏差为主外,其余模式均为负温度偏差,且随着深度增加偏差幅度变大。盐度偏差方面,HYCOM和OFES以正偏差为主,其余模式以负偏差为主。温盐偏差在各个深海海盆中的时间变化趋势不尽相同,且与实际观测结果存在较大差异。水深1000—3000m以纬向东西向交替变化的射流为主。3000—5000m的纬向流速减小,形成海盆内环流,不同海盆之间可通过深水通道进行海水交换。3000m以深的关键深海通道的输运通量存在明显的季节变化,甚至不同季节流向也不一致,而海盆内的环流形态受制于位涡收支积分约束方程,进而也表征出季节变化的特征,即不同季节海盆内的环流主要旋转形态不同。在分析了初始温盐场、潮汐及其他要素对深海环流的影响后,本文为日后构建适合热带西太平洋深海环流研究的模式提供了建议。     

西菲律宾海盆中央裂谷周缘地质灾害特征及诱发因素

基于2018年在西菲律宾海盆最新实测的高分辨率浅地层剖面和多波束测深数据,对西菲律宾海盆中部的中央裂谷及周缘区域的海洋地质灾害进行分析。在研究区总体识别出两大类灾害地质因素：（1）破坏性地质因素,主要包括滑坡、活动断层、冲刷沟谷和岩浆底辟;（2）限制性地质因素,以海山、陡坎、沟槽为主。利用浅地层剖面资料,精细刻画出灾害地质体的类型、形态、内部结构特征,并论述其分布区域、发育特点,探讨地质灾害产生的主要诱发因素及造成的不利影响。对研究区地质灾害的识别、分布范围的圈定和成因的分析,能够为海洋工程建设、装备预设和海上航行提供重要的地质依据,规避不利影响,提前做好风险预判。     

基于再分析数据的南海三维温盐结构特征分析

掌握南海三维温盐场特征对于研究南海海洋动力环境及其对海洋气候变化的影响具有重要意义。基于海洋再分析数据GLORYS12V1和AVHRR OISST数据,开展了南海温盐空间分布及季节变化分析,以及海表温度对台风过程的响应特征分析。分析结果表明：南海海表温度一般为25～32℃,最高温度出现在8月的黄岩岛附近海域,海表盐度一般为32～35 psu,最高盐度出现在7月的东海附近海域;温盐垂向结构表现为表层高温低盐,随着深度增加温盐季节性变化越小。南海地区温跃层深度存在明显季节变化特征,秋冬季节温跃层深度大于春夏两季。根据“威马逊”台风期间海表温度变化特征分析海表温度对台风过程的响应,台风期间南海水体垂向混合作用增强,海表温度降温明显。     

菲律宾海盆磁条带特征及61 Ma以来的海底扩张过程重建

菲律宾海盆是西太平洋最大的边缘海盆地,作为地球上最壮观的“沟-弧-盆”体系的重要组成部分,其成因及构造演化可有效约束西太平洋洋陆过渡带的复杂动力学过程。海底磁异常条带是海底扩张的重要依据,其几何形态能够反映海底扩张的时间、方向及速率,为研究海盆的海底扩张过程提供重要信息。菲律宾海盆的次级海盆—西菲律宾海盆、四国海盆地磁异常表现为明显的条带状异常特征,帕里西维拉海盆内的磁条带特征虽不明显,但仍能看出南北向的分带现象。对海盆内的磁异常条带进行系统的分析、对比与解释,将菲律宾海盆划分为7个扩张阶段,构建了菲律宾海盆61 Ma以来的阶段性扩张模型。揭示了边缘海盆构造演化的一般规律及扩张过程为岛弧裂解、高速弧后扩张、慢速弧后扩张和扩张后作用4个阶段。     

日本深层海水环流研究的进展

日本从1987年开始了“深层海水环流”课题的研究,它作为日本文部省的重点研究项目,由日本文部省提供约6亿日元的科学研究补助金。研究的代表者是东京大学名誉教授,现神奈川大学教授寺本俊彦。现已作了两年多的研究,取得了很大进展,现将情况简介如下。     

南海深水海盆环流和温跃层深度的季节变化

受南海季风和复杂地形的影响,南海环流场具有复杂的空间结构和明显的季节变化,同时此海域又是中尺度涡多发海域,这些特征必然对南海温跃层深度的水平分布及季节变化有显著影响。首先,基于GDEM(General-ized Digital Environmental Model)的温、盐资料和利用P矢量方法计算并分析了南海的表层环流和多涡结构的空间分布特征和季节变化规律。在此基础上,分析了南海温跃层深度的空间分布特征和季节变化规律。结果表明,南海环流和多涡结构对南海温跃层具有显著的影响。     

南海中沙群岛海域温盐结构时空变化特征及其控制因素

南海中沙群岛海域夏秋季水团实测温盐深数据统计分析结果表明,研究区海水表层温度为30.0～31.2?℃,最高温度位于中沙海台区域;表层盐度为33.6～34.1?PSU,最高盐度分布在西北部东岛海域附近;底层温度1～25?℃,盐度34.1～35.2?PSU,最高盐度分布在工区东南角.总体上,研究区水团温盐结构表现为表层高温...     

台湾与菲律宾以东海域冬季的环流结构及其变异

本文主要根据CSK水文资料及图册,比较详细地探讨了台湾和菲律宾以东海域1965～1968年冬季的海流结构及其变异。指出副热带流涡的西端部分在1965～1966及1967年冬季其基本结构只含二脊一槽,而与吉田及城所(1967)的模式更为相似。本文还引用信风场应力资料,得出了本海域主要平均纬向海流的带状结构与海面上风应力的作用相一致的结果。这是海—气相互作用的一个好例。     

The South China Sea thermohaline structure and circulation

In this study, we used the Navy' s Master Oceanographic Observation Data Set(MOODS), consisting of 116019 temperature and 9617 salinity profiles, during 1968- 1984 to investigate the temporal and spatial variabilities of South China Sea thermohaline structures and circulation. For temperature, profiles were binned into 204 monthly data sets from 1968 to 1984 (17 years). For salinity, profiles were binned into 12 climatological monthly data sets due to the data paucity. A two-scale optimal interpolation method was used to establish a three-dimensional monthly-varying gridded data set from MOODS, covering the area of 5°-25°N and 105° - 125°E and the depth from the surface to 400 m. After the gridded data set had been established, both composite analysis and the Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis (for temperature only) were used to identify the major thermohaline fratures including annual mean, monthly anomalies, and interannual thermal variabilities. The inverted monthly circulation pattern     

温盐环流稳定性以及年代际变率的研究进展

对近期国内外有关温盐环流的模拟研究作了综合评述,着重介绍温盐环流的稳定性、多平衡态及其转化以及年代际变率问题的研究进展。     

Interannual variability in the Mindanao Eddy and its impact on thermohaline structure pattern

The major feature,interannual variability and variation cause of the Mindanao Eddy and its impact on the thermohaline structure are analyzed based on the Argo profiling float data,the history observed data and the SODA data.The analysis results show that the Mindanao Eddy is a permanent cyclonic meso-scale eddy and spreads vertically from about 500 m depth upward do about 50 m depth.In addition to its strong seasonal variability,the Mindanao Eddy displays a remarkable interannual variability associated with ENSO.It strengthens and expands eastward during El Nin o while it weakens and retreats westward during La Nin a.The interannual variability in the Mindanao Eddy may be caused by the North Equatorial Counter Current,the North Equatorial Current,the Mindanao Current and the Indonesian Through Flow.The eddy variability can have a great influence on the thermohaline structure pattern in the local upper ocean.When the eddy is strong,the cold and low salinity water inside the eddy moves violently upward from deep layer,the thermocline depth greatly shoals,and the subsurface high salinity water largely decreases,with the upper mixed layer becoming thinner,and vice versa.     

西太平洋暖池热盐结构的季节变化

Using the 28°C isotherm to define the Western Pacific Warm Pool(WPWP), this study analyzes the seasonal variability of the WPWP thermohaline structure on the basis of the monthly-averaged sea temperature and salinity data from 1950 to 2011, and the dynamic and thermodynamic mechanisms based on the monthly-averaged wind,precipitation, net heat fluxes and current velocity data. A DT=–0.4°C is more suitable than other temperature criterion for determining the mixed layer(ML) and barrier layer(BL) over the WPWP using monthly-averaged temperature and salinity data. The WPWP has a particular thermohaline structure and can be vertically divided into three layers, i.e., the ML, BL, and deep layer(DL). The BL thickness(BLT) is the thickest, while the ML thickness(MLT) is the thinnest. The MLT has a similar seasonal variation to the DL thickness(DLT) and BLT.They are all thicker in spring and fall but thinner in summer. The temperatures of the ML and BL are both higher in spring and autumn but lower in winter and summer with an annual amplitude of 0.15°C, while the temperature of the DL is higher in May and lower in August. The averaged salinities at these three layers are all higher in March but lower in September, with annual ranges of 0.41–0.45. Zonal currents, i.e., the South Equatorial Current(SEC)and North Equatorial Counter Current(NECC), and winds may be the main dynamic factors driving the seasonal variability in the WPWP thermohaline structure, while precipitation and net heat fluxes are both important thermodynamic factors. Higher(lower) winds cause both the MLT and BLT to thicken(thin), a stronger(weaker)NECC induces MLT, BLT, and DLT to thin(thicken), and a stronger(weaker) SEC causes both the MLT and BLT to thicken(thin) and the DLT to thin(thicken). An increase(decrease) in the net heat fluxes causes the MLT and BLT to thicken(thin) but the DLT to thin(thicken), while a stronger(weaker) precipitation favors thinner(thicker)MLT but thicker(thinner) BLT and DLT. In addition, a stronger(weaker) NECC and SEC cause the temperature of the three layers to decrease(increase), while the seasonal variability in salinity at the ML, BL, and DL might be controlled by the subtropical cell(STC).     

基于变分法评估卫星海面信息对重构三维温盐及声场特性的影响

基于卫星海面观测重构水下三维温盐场并获取声场特性的研究,在军事海洋等领域具有重要的实践应用价值,但其效果不但受到重构方法的影响,而且随所利用的卫星海面观测信息的不同而改变。本研究基于美国海军最新研发的利用变分法的温盐场重构,研究了利用卫星海面高度、海面温度或二者联合数据,及考虑温盐垂向梯度对重构三维温盐及声场特性的影响。结果发现,集合了海表温度、海表高度和温盐垂直梯度3个约束项的重构方案精度最高,其重构温度场和盐度场的平均误差分别为1.08℃、0.11,该方案也能更好地捕捉温盐场的空间特征。通过分析不同方案的空间特征,海面温度主要作用于捕捉混合层以浅区域的温盐特征,这对表面声学层（Sound Layer Depth, SLD）的影响较大;海面高度和温盐场的垂直梯度对混合层以深区域的反演精度都有较高提升,能够影响整个声速剖面的准确性。根据声学特征分析, SST、SSH与温盐垂直梯度同时约束时,SLD以浅声速与HYCOM相差最小,约为1 m/s;没有梯度约束时,SLD与HYCOM相差约为1.5 m/s,未能很好地反映海表面声道特征;表明声道特征对海表温度与梯度约束均较为敏感。     

南海等密度面环流季节变化的数值模拟研究

In this study, we develop a variable-grid global ocean general circulation model(OGCM) with a fine grid(1/6)°covering the area from 20°S–50°N and from 99°–150°E, and use the model to investigate the isopycnal surface circulation in the South China Sea(SCS). The simulated results show four layer structures in vertical: the surface and subsurface circulation of the SCS are characterized by the monsoon driven circulation, with basin-scaled cyclonic gyre in winter and anti-cyclonic gyre in summer. The intermediate layer circulation is opposite to the upper layer, showing anti-cyclonic gyre in winter but cyclonic gyre in summer. The circulation in the deep layer is much weaker in spring and summer, with the maximum velocity speed below 0.6 cm/s. In fall and winter, the SCS deep layer circulation shows strong east boundary current along the west coast of Philippine with the velocity speed at 1.5 m/s, which flows southward in fall and northward in winter. The results have also revealed a fourlayer vertical structure of water exchange through the Luzon Strait. The dynamics of the intermediate and deep circulation are attributed to the monsoon driving and the Luzon Strait transport forcing.     

基于传输函数标准形态模式的海洋涡旋温盐和压力异常三维结构交互可视化

随着海洋观测技术和海洋数值模拟技术的发展,海洋学家已经能够获取海量的时空连续的海洋数据。但目前人们对于三维海洋大数据缺乏高效的交互可视探索手段,因此,利用科学可视化技术展现海洋数据,以及更深一步地挖掘时空数据规律是建立对海洋大数据从感知到认知的关键技术桥梁。本文利用体绘制技术从传输函数特征点数量、特征颜色映射以及表现特征的线型三个方面,设计针对海洋温盐异常数据以及压力异常数据的传输函数标准形态模式,能够直观有效地表现海洋涡旋温盐和压力异常三维结构。本文优化了球面光线投射算法,在保证绘制质量的情况下,实现了大规模海洋三维涡旋实时交互展示;同时实现了三维数据的内部漫游功能,能够更加清晰且完整地表现局部海洋涡旋的三维结构。通过可视分析发现,处于黑潮延伸体附近的气旋涡(CE, Cyclone Eddy)温度异常呈“上正下负”的三维结构;由于涡旋引起的海水升降运动,部分反气旋涡(AE, Anticyclone Eddy)盐度异常呈现出“上正下负”的三维结构;相较于温盐异常结构,海洋涡旋压力异常结构轮廓更为清晰且不会出现上下不一致的情况。     

基于神经网络的全球三维温盐场重构技术研究

文章利用果蝇优化广义回归神经网络算法FOAGRNN (fruit fly optimization algorithm, FOA; generalized regression neural network, GRNN)对SODA (simple ocean data assimilation)再分析数据进行训练, 构建海表温度、盐度、海面高度与次表层温盐场之间的投影关系模型, 并在全球范围使用SODA和卫星遥感数据评估了模型的应用性能。首先, 利用独立的2016年SODA海表数据作为模型输入进行理想重构试验, 结果显示全球重构温、盐平均均方根误差(MRMSE)分别为0.36℃和0.08‰, 与世界海洋图集WOA13资料相比减小约50%和60%。然后, 利用卫星观测的海表信息作为模型输入进行实际应用试验, 并与Argo观测剖面进行比较评估。试验结果表明, 重构模型能有效表征海水温、盐特征, 其中重构温、盐MRMSE分别为0.79℃和0.16‰, 相比WOA气候态减小27%和11%。误差的垂向分布显示, 重构温度RMSE从海表向下迅速增大, 至100m达到峰值1.35℃, 而后又迅速回落,至250m处为0.81℃, 跃层往下不断减小; 重构盐度RMSE基本随深度增大而减小, 误差峰值位于25m附近, 约为0.25‰。此外, Argo浮标跟踪分析和区域水团统计结果也表明模型能够较好地刻画海洋三维温盐场的内部结构特征。     

国际全球海洋环流预报系统的现状与展望

回顾近年来国外主要海洋预报业务机构全球海洋环流预报技术的发展现状,特别是最近5～10 a来在全球海洋动力数值预报模式和多源资料同化技术方面的主要进展。结合未来相关学科发展的趋势,围绕观测体系建设、数据共享机制、大数据分析等新技术应用等方面提出国内相关研究工作的发展建议。     

吕宋岛西侧中、深层环流的诊断分析

利用P矢量方法和第3版本的美国海军全球数字环境模式(GDEM)气候态月平均温、盐数据诊断分析了南海吕宋岛西侧中层与深层环流结构。结果显示在南海吕宋岛西侧中层存在一个反气旋涡,与前人在此处深层发现的气旋涡相反,且2个涡旋均与低盐中心位置相对应。诊断结果还表明中层反气旋涡从上到下流速逐渐减弱,深层气旋涡则随深度逐渐加强,在两涡旋之间的过渡层流速非常弱。中层反气旋涡的平均流速大小和低盐中心的平均盐度存在明显的季节变化,5—7月最强,这可能是中层环流在一定程度上受上层环流影响的表现。