GEOSAT卫星遥感资料研究南海海面动力高度场和地转流场

利用GEOSAT卫星在1987年和1988年执行ERM任务的雷达高度计资料来分析获取南海海面动力高度偏差的季节分布.根据卫星轨道误差和海域的特点,提出了适用于内海及边缘海域的二维共线轨道校正法,由此方法而得出的南海海面动力高度偏差的季节分布表明,南海表层流场在夏季总的环流形势是反气旋式环流,而冬季是气旋式环流.分析的结果同海上常规调查资料的分析结果相比较表明,在海流季节变化信号较强的海区(如南海中部和北部海区),利用高度计资料能很好地反映该海区的海流季节变化特征.     

南海海面高度年际变化的S-EOF分析

应用依赖于季节的经验正交甬数(S-EOF)分析,探讨了最近15a南海海面高度随季节演变的年际变化.S-EOF分析得出南海海面高度异常各模态不同季节的空间结构以及时间演变过程,证实了季风强盛期冬季和夏季基本模态的结构,还分离出了季风转换期(春季和秋季)海面高度的分布格局.结果表明,南海海面高度随季节演变的年际变化与厄尔尼诺和拉尼娜事件密切相关.S-EOF1的结果表明,南海海面高度的变化具有明显而稳定的季节振荡,但在ENSO年海面高度的季节振荡相对减弱;S-EOF2模态显示了1998-2001年间冬季吕宋岛西侧存在一个较强的正异常,且能一直持续到春季;S-EOF3模态主要体现了南海西部一系列中尺度涡状结构的年际差异,包含1997/1998年厄尔尼诺对南海环流的影响.     

台湾海峡西部海域温、盐度分布特征

本文分析了台湾海峡西部海域水温、盐度分布特征,结果表明:本海区温、盐度分布具有明显的季节性变化。冬季浙闽沿岸水南下,可影响到广东南澳,流经台湾岛北部的黑潮分支在东北风作用下,转向西南可影响到海潭岛东部远岸区,该季节温、盐度低,垂直分布均匀。夏季经由巴士海峡来的黑潮水进入本海区,温、盐度普遍升至最高,近岸区海水层化现象明显,海区中部水平分布均匀。南日岛至海潭岛北部近岸区和古雷头东部远岸区各有一个上升流区,南澳岛至台湾浅滩有一个宽约半个纬距的西北-东南向的高温低盐带。     

中国近海季风和热带气旋1)活动的气候特征及其对南海水文季节结构的影响

本文的目的旨在研究南海全年皆夏的海区是否终年如一,有无季节性差别,根据南海季风显着、台风频繁的特点,在分析中国近海季风和热带气旋活动的统计特征的基础上,通过实例分析了季风和热带气旋对南海水文特征和季节结构的显着影响,认为南海的全夏海区,虽全年皆夏,但并非终年如一。根据冬、夏季风各个发展阶段的标志日期和台风频率的季节性特征,南海全夏海区的水文季节结构可分为孟夏、仲夏、盛夏和晚夏四个时期,并对各个时期的具体划分和水文的季节性特征作了论述。     

中国近海季风和热带气旋活动的气候特征及其对南海水文季节结构的影响

本文的目的旨在研究南海全年皆夏的海区是否终年如一，有无季节性差别，根据南海季风显著、台风频繁的特点，在分析中国近海季风和热带气旋活动的统计特征的基础上，通过实例分析了季风和热带气旋对南海水文特征和季节结构的显著影响，认为南海的全夏海区，虽全年皆夏，但并非终年如一．根据冬、夏季风各个发展阶段的标志日期和台风频率的季节性特征，南海全夏海区的水文季节结构可分为孟夏、仲夏、盛夏和晚夏四个时期，并对各个时期的具体划分和水文的季节性特征作了论述．     

基于Argo 观测资料的南海北部海域声速场 时空特征分析

利用近5 年的Argo剖面序列,通过经验正交函数（EOF） 分析,分析了南海北部海域声速垂直结构的时空变化特征 和声速场水平分布特征。分析表明：EOF 的前6 个模态反映了海区声速结构的主要变化,可以很好地表示声速剖面。第1 模 态具有明显的年变化周期,主要受海洋混合层季节性变化影响;第2 模态与第1 模态时间函数具有明显的反向变化特征,主 要对次表层进行调制;第3 模态主要影响次表层以下声速变化;表层声速分布与深层声速分布有明显的差异,表层声速主要 受海水温度变化的影响,深层声速分布与南海环流系统关系密切;冷涡的存在会引起声速场的低值中心。     

应用模糊聚类分析法划分南海中部和北部的表层变性水团

调查海区的表层水可划分为四个变性水团,即南海北部沿岸水(NSCW)、南海太平洋表层水(SPSW)、泰国湾—巽他陆架一带表层水(SSSW)和南海中央表层水(CSSW).其中SPSW和SSSW属季节性水团,NSCW和CSSW终年存在。这些变性水团的消长变化与南海的季风密切相关.CSSW以南海中部为活动中心,在西南季风和东北季风的作用下,分别向南海北部和南部移动.SPSW和SSSW仅分别在冬半年和夏半年出现于调查海区的北部和西南部.NSCW的消长变化不但受到广东沿海江河径流量的制约,而且在东北季风潮期间还受到东海沿岸水的强烈影响。     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。     

利用HOAPS资料研究南海海气界面热通量时空分布

基于第二版本HOAPS(Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite data)潜热、感热和海表温度(SST)3个参量的15 a(1988~2002年)逐月平均资料,利用经验正交方法分解分析了这3个参量在南海的时空分布.结果表明,在夏季模态,潜热表现为南高北低,感热表现为中间低两边高,两者主要都是海洋向大气输送热量,但大气有时也向南海中部输送感热;在冬季模态,潜热和感热的高值区都在南海北部,东北部有一强中心,该中心主要是由风场引起的;夏季SST的变化导致全年SST呈准半年周期变化.冬季SST的变化滞后于潜热变化1个月;除夏季和冬季模态外,冬夏转换季节模态也十分明显;HOAPS与NCEP(National Center of Environment Prediction)资料相比,两者3个参量的时空分布大体一致,区别在于HOAPS资料能更好地反映参量的一些细微特征.     

2006年9月南海北部表层温盐场的走航观测

通过2006年9月南海北部开放航次的走航观测,得到了该海区多个断面的表层温度、盐度分布曲线.QuikScat海面风场资料显示观测期间处于西南季风向东北季风的转换阶段,走航观测所得的温、盐资料显示出在这一季风转换的特殊阶段该海区表层的水文特征.珠江口冲淡水的扩散范围在季风转向前后有显著的变化,低盐的冲淡水在西南季风阶段向珠江口外海区的东南方延伸较远,而在东北季风阶段则受珠江径流量、南海北部表层环流等因素的影响收缩至珠江口附近.闽南近岸和台湾浅滩南部表层具有低温高盐特征,但CTD资料表明台湾浅滩区域存在上升流,结合风场资料,可证实观测期间此处的上升流由海流-地形因素所造成.     

基于自动探测方法的南海北部涡致海表温度锋面的特征研究

南海北部具有丰富的温度锋面和中尺度涡,它们调节着局地的热量和能量平衡。本文利用卫星海洋高度异常和海表温度数据,并基于自动探测方法,探究了2007年至2017年南海北部中尺度涡边缘的海表温度锋面（涡致锋面）特征。反气旋/气旋边缘出现锋面的概率可达20%。气旋涡在各个方向上出现锋面的概率比较均匀,反气旋涡的东北部和西南部出现锋面的概率大于西北部和东南部。中尺度涡致锋面的数量有明显的季节变化,而涡动能未表现出明显的季节变化。中尺度涡致锋区的总涡动能是中尺度涡内动能的3倍,并且反气旋涡致锋面的总涡动能明显强于气旋涡致锋面的总涡动能。中尺度涡致锋面的数量和涡动能的年际变化与厄尔尼诺南方涛动指数没有明显的相关性。本研究也讨论了中尺度涡致锋面的可能机制,但是中尺度涡对海表温度锋的贡献需要进一步定量研究。     

利用漂流浮标资料对黑潮及其邻近海域表层流场及其季节分布特征的分析研究

利用1987年以来WOCE项目及我国自行投放或进入黑潮及其邻近海域(15°~36°N,114°~135°E)的共计323个卫星跟踪海表面漂流浮标资料,得到全年平均及季节平均的浮标轨迹及(1/4)°×(1/4)°格点平均的表层流矢量结果。分析认为:对于全年平均的表层流场,黑潮表层流路主要表现了对大洋西边界地形的适应,并呈现出6个较大的弯曲,其中在反气旋型弯曲处都发生分支或入侵现象、气旋型弯曲处这种现象却不明显。对于季节平均的表层流场,黑潮表层不同流段分别表现出各自显著的季节差异:吕宋海峡附近海域,表层水向南海的入侵只发生在秋、冬两季,而春、夏两季却不发生;在台湾以东海域,黑潮表层流路与黑潮右侧反气旋涡的存在与否密切相关,春季没有涡旋存在时,黑潮表层流路常出现气旋式大弯曲,其他三个季节反气旋涡存在时,黑潮表层流路相对平直;在台湾东北海域,黑潮表层水向东海南部陆架区的入侵以秋、冬季最强,春季次之,而夏季几乎不发生;在赤尾屿以北的东海黑潮中段,黑潮流动比较稳定,其表层平均流径走向由偏北到偏东依次约为冬(北偏东30°)、春(北偏东33°)、秋(北偏东38°)、夏(北偏东45°);流路宽度由宽至窄依次约为秋(90 km)、春(80 km)、冬(70 km)、夏(60 km),而流速由大至小依次为夏、春、秋、冬,且各季节都表现出北段流速大于南段的现象;在九州西南海域,春、秋两季黑潮表层水发生明显的向北入侵,入侵的黑潮水与东海外陆架水共同成为对马暖流的一部分来源,而夏季这种现象不明显,九州西南海域黑潮表层流路北界的位置以秋季最为偏北(但最北不超过31°N)、流路也最宽;在琉球群岛外缘海域,南半部基本没有北上的表层流存在,只有在冲绳群岛-奄美群岛以东海区,秋、夏、春三季表层反气旋涡旋都比较活跃,在涡旋的西侧有顺着冲绳群岛-奄美群岛的东北向流,其中秋季最为明显。这些结果可以为黑潮及其邻近海域的深入研究提供较为客观、直接的参考。     

Seasonal variation of eddy kinetic energy in the South China Sea

Mesoscale eddy activity and its modulation mechanism in the South China Sea (SCS) are investigated with newly reprocessed satellite altimetry observations and hydrographic data.The eddy kinetic energy ...     

Surface current field and seasonal variability in the Kuroshio and adjacent regions derived from satellite-tracked drifter data

The muhiyear averaged surface current field and seasonal variability in the Kuroshio and adjacent regions are studied. The data used are trajectories and （1/4） ° latitude by （1/4） ° longitude mean currents derived from 323 Argos drifters deployed by Chinese institutions and world ocean circulation experiment from 1979 to 2003. The results show that the Kuroshio surface path adapts well to the western boundary topography and exhibits six great turnings. The branching occurs frequently near anticyclonic turnings rather than near cyclonic ones. In the Luzon Strait, the surface water intrusion into the South China Sea occurs only in fall and winter. The Kuroshio surface path east of Taiwan, China appears nearly as straight lines in summer, fall, and winter, when anticyclonic eddies coexist on its right side; while the path may cyclonically turning in spring when no eddy exists. The Kuroshio intrusion northeast of Taiwan often occurs in fall and winter, but not in summer. The running direction, width and velocity of the middle segment of the Kuroshio surface currents in the East China Sea vary seasonally. The northward intrusion of the Kuroshio surface water southwest of Kyushu occurs in spring and fall, but not in summer. The northmost position of the Kuroshio surface path southwest of Kyushu occurs in fall, but never goes beyond 31 °N. The northward surface current east of the Ryukyu Islands exists only along Okinawa-Amami Islands from spring to fall. In particular, it appears as an arm of an anti- cyclonic eddy in fall.     

南海北部陆坡中尺度涡的演化及传播规律分析

The continental slope in the northern South China Sea(SCS) is rich in mesoscale eddies which play an important role in transport and retention of nutrients and biota. In this study, we investigate the statistical properties of eddy distributions and propagation in a period of 24 years between 1993 and 2016 by using the altimeter data. A total of 147 eddies are found in the continental slope region(CSR), including 70 cyclonic eddies(CEs) and 77 anticyclonic eddies(ACEs). For those eddies that appear in the CSR, the surrounding areas of Dongsha Islands(DS) and southwest of Taiwan(SWT) are considered as the primary sources, where eddies generated contribute more than 60% of the total. According to the spatial distribution of eddy relative vorticity, eddies are weakening as propagating westward. Although both CEs and ACEs roughly propagate along the slope isobaths, there are discrepancies between CEs and ACEs. The ACEs move slightly faster in the zonal direction, while the CEs tend to cross the isobaths with large bottom depth change. The ACEs generally move further into the basin areas after leaving the CSR while CEs remain around the CSR. The eddy propagation on the continental slope is likely to be associated with mean flow at a certain degree because the eddy trajectories have notable seasonal signals that are consistent with the seasonal cycle of geostrophic current. The results indicate that the eddy translation speed is statistically consistent with geostrophic velocity in both magnitude and direction.     

南海南部海域的多涡结构

基于美国海军的空间分辨率为0.5°×0.5°月平均的GDEM三维温盐资料,采用P矢量方法,计算了南沙南部海域的三维环流结构。结果表明,南沙南部海域不仅存在多涡结构,而且此多涡结构还存在明显的季节性变化。冬季,存在南沙海槽反气旋式涡、东南沙反气旋式涡和较弱的南沙气旋式涡;夏季,存在南沙反气旋式涡、巴拉望海槽西侧的气旋式涡和东南沙气旋式涡。     

南海北部的春季流场季节内变异个例分析

在南海北部,与中尺度涡相关的季节内变异特征十分显著,通过比较不同时期流场的季节内变异特征,有助于揭示不同动力不稳定中尺度涡对季节内活动的影响。本文以南海北部2009年春季和2020年春季为例,分析了两个时期中尺度涡的动力不稳定性,从而探究季节内变异特征。基于潜标实测流速数据,本文进行了动能谱分析,结果显示这两个时期的流场季节内变异具有相似特征,显著周期分别为10～60 d和30～90 d。季节内信号主要出现在200 m以上的上表层水域,其中30～90 d的季节内流是对应观测期间的主要季节内成分。滞后回归分析和动力不稳定性的计算表明,2009年春季的季节内变异受移动快但强度弱的表层中尺度涡影响,动力不稳定性由斜压不稳定和正压不稳定共同调制;而2020年春季的季节内变异是受强斜压性的中尺度涡影响,通过流速垂向切变增强,从而较快地触发流场季节内变异的发生。本文研究结果有助于深入了解中尺度涡对南海北部季节内活动的影响机制,为海洋动力学和气候研究提供了重要的参考和理论基础。     

中国近海及其附近海域若干涡旋研究综述Ⅱ.东海和琉球群岛以东海域

综述东海和琉球群岛以东海域若干气旋型和反气旋型涡旋的研究.对东海陆架、200m以浅海域,主要讨论了东海西南部反气旋涡、济州岛西南气旋式涡和长江口东北气旋式冷涡.东海两侧和陆坡附近出现了各种不同尺度的涡旋,其动力原因之一是与东海黑潮弯曲现象有很大关系,其次也与地形、琉球群岛存在等有关.东海黑潮有两种类型弯曲:黑潮锋弯曲和黑潮路径弯曲.黑潮第一种弯曲出现了锋面涡旋,评述了锋面涡旋的存在时间尺度与空间尺度和结构等;也指出了黑潮第二种弯曲,即路径弯曲时在其两侧出现了中尺度气旋式和反气旋涡,讨论了它们的变化的特性.特别讨论了冲绳北段黑潮弯曲路径和中尺度涡的相互作用,着重指出,当气旋式涡在冲绳海槽北段成长,并充分地发展,其周期约在1~3个月时,它的空间尺度成长到约为200km(此尺度相当于冲绳海槽的纬向尺度)时,黑潮路径从北段转移到南段.也分析了东海黑潮流量和其附近中尺度涡的相互作用.最后指出在琉球群岛以东、以南海域,经常出现各种不同的中尺度反气旋式和气旋式涡,讨论了它们在时间与空间尺度上变化的特征.     

Three-dimensional circulation in northern South China Sea during early summer of 2015

Using the hydrographic data obtained during two nearly simultaneous surveys in June 2015, we carried out semidiagnostic calculations with the help of a finite element model and a modified inverse method, to study the circulation in the northern South China Sea(NSCS) during the early summer of 2015. A number of new circulation features were found.(1) In most of the observation region, a large, basin-scale anticyclonic gyre appeared south of the 50-m isobath, which contained anticyclonic eddies. One anticyclonic eddy existed from the sea surface to 50-m depth, whose center showed no tilt, while the center of another eddy tilted eastward from the sea surface to 500-m depth. In the eastern part of the observation region, which is west of the Dongsha Islands, there was a sub-basinscale cyclonic gyre containing a cyclonic eddy whose center tilted southward from the sea surface to 200-m depth.(2) There was a cross-continental slope current(CCSC) in the area southwest of the Dongsha Islands. Its volume transport was about 2.0×10~6 m~3/s.(3) From the estimated order of magnitude of the stream function equation, the joint effect term of the baroclinity and relief(JEBAR) and β-effect term are two important dynamic mechanisms affecting the variation of the circulation in the NSCS.(4) The JEBAR, as a transport-generating term, resulted in the dynamic mechanism determining the pattern of the depth-averaged flow across the contours of potential vorticity fH~(–1). Furthermore, we show that the negative values of the JEBAR were the most dominant dynamic mechanism, causing the CCSC southwest of the Dongsha Islands to deflect from the isobaths and veer toward the deep water. The CCSC around the Dongsha Islands was located further southwest during the early summer of2015 than during the fall of 2005(revealed by a published study), which suggests that the location of the CCSC around the Dongsha Islands may vary with season.     

南海北部中尺度涡流预报及应用

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常(SLA)数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。