渤海弱层化期湍流混合观测特征分析

利用2017年9月在渤海共享航次中取得的湍流混合直接观测数据,本文研究了渤海海域湍流混合的空间分布特征及有关的影响因素。9月观测海区水体垂向层结较弱,莱州湾受黄河冲淡水影响出现高温低盐结构,位于渤海中央浅滩南北两侧洼地的双中心冷水结构依旧存在。湍流观测结果表明湍动能耗散率在10^-9～10^-5W/kg之间变化,统计上满足对数正态分布。耗散率强值区出现在辽东湾及渤海湾湾口近岸处,相应的垂向湍扩散系数约为10^-6～10^-2m²/s。垂向上,水体表、底层混合较强,进一步研究发现弱层化水体的平均湍动能耗散率〈ε〉与风速和正压潮流速的大小存在正相关关系。另一方面,耗散率ε与浮性频率N近似满足ε=2.0×10^-8+3.0×10^-7(N²/N₀²)^-5的拟合函数关系,反映了层化对水体垂向混合的抑制作用。     

南海东北部地转运动与近惯性运动间动能交换的时空变化特征研究

地转平衡运动与近惯性运动是海洋里普遍存在且含能较高的两种运动形态,二者间的相互作用与能量传递在大洋能量串级中扮演着重要角色。然而受到现场观测和数值模式时空分辨率不足等因素的制约,目前对于二者间动能交换的时空变化特征及其在二者动能收支中所扮演的角色尚不清晰。本文利用1/48(°) MITgcm数值模式资料,对南海东北部地转与近惯性运动的动能交换率时空变化特征进行了刻画,并定量评估了动能交换率在二者动能收支中的作用。研究结果表明,在地转动能较强的吕宋海峡区域,二者间的动能交换率显著高于地转动能较弱的南海东北部内区。在吕宋海峡,地转运动向近惯性运动正向传递动能,年平均总动能交换率为3.61×10^-7 m³·s^-3,但季节变化不显著;在南海东北部内区,近惯性运动向地转运动逆向传递动能,且受黑潮入侵影响,表现为冬强(-11.37×10^-8 m³·s^-3)、夏弱(-5.26×10^-8 m³·s^-3)。与...     

基于精细温度观测的南海东北部陆坡-深海盆底层湍流混合*

南海是存在强湍流混合的边缘海之一, 但前人对南海湍流混合的研究更多关注的是中上层, 对底层则鲜有关注。本文基于高分辨率温度传感器于2019年5月在南海东北部22个站位海底上方0.5m处持续观测4.4d的温度数据, 分析了2216~3200m深度范围内底层海水温度的时间变化特征, 并探讨了地形粗糙度和内潮对底层湍流混合的影响。分析结果表明, 南海东北部各站位底层海水的温度变化量级约为10^-4~10^-3℃; 温度变化趋势与正压潮变化趋势不同, 温度能谱显示多数站位在全日和半日频带区间出现谱峰, 温度变化更多地受斜压潮影响, 全日、半日内潮起主要调制作用。陆坡-深海盆过渡区及深海盆底层的湍动能耗散率量级为10^-10~10^-9m²∙s^-3, 涡扩散系数量级为10^-4~10^-3m²∙s^-1。观测数据未能显示底层湍流混合与地形粗糙度存在明显的相关性。底层湍流混合的空间分布与过去观测到的南海北部深海盆内潮的南北不对称性分布一致。     

吕宋海峡及周边海域湍流混合的时空分布特征研究

利用1992—2002年的温盐深数据与2012—2016年的Argo数据,基于细尺度参数化方法研究了吕宋海峡及周边海域(12°—30°N,115°—129°E)湍流混合的时空分布特征,并分析了地形粗糙度、内潮以及风输入的近惯性能通量对湍流混合的影响。结果表明,吕宋海峡和东海陆坡处具有强混合的特征,扩散率高达4×10~(-3) m~2/s,主要是由内潮产生导致的,其中吕宋海峡主要是M2、K1和O1内潮的贡献,而东海陆坡处主要是M_2内潮的贡献;南海北部也呈现较强的混合,且陆坡处的混合比海盆高1—2个量级;南海中央海盆和离岸的菲律宾海混合较弱,扩散率为O (10-5 m2/s)。此外,在研究区域内,湍流混合的年际变化和季节变化均不明显,且混合扩散率与风输入的近惯性能通量未表现出明显的季节相关。     

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。     

吕宋海峡不同湍流估算方法的应用对比研究

由于湍流混合直接观测技术难度大、成本高,很大程度限制湍流混合的研究,所以基于温、盐、流资料估算海洋湍流混合的方法应运而生。本文应用在吕宋海峡观测到的23个自由下降微结构湍流剖面仪观测数据和水文观测数据,首次对目前常用的Gregg-Henyey-Polzin(GHP)细尺度参数化、Mackinnon and Gregg(MG)参数化和Thorpe尺度方法进行比较研究,评估它们的适用性。发现GHP参数化方法能够很好地估算吕宋海峡的湍流混合。虽然GHP参数化方法估算的耗散率总体上要偏弱于观测的结果,但估算和观测的差异在2倍以内的结果占71%,与微结构湍流剖面仪观测到的耗散率在水平分布和垂向分布上呈现出相同的分布特征。基于MG参数化方法发现估算的吕宋海峡西侧1200m以浅的耗散率比观测值大,但总体上呈现出相同的分布特征。另外,MG参数化估算与观测差异在2倍以内的结果占58%。表明相比于GHP参数化方法,MG参数化方法的估算值更偏离观测值。Thorpe尺度方法在估算吕宋海峡的耗散率时,估算和观测的差异在2倍以内的结果仅有30%,70%的估算结果与观测结果相差高出1个量级,空间分布上与观测结果差异较大。对比吕宋海峡湍流混合参数化方法的结果表明GHP参数化方法最优,MG参数化方法其次,Thorpe尺度方法相对GHP和MG参数化方法较差。     

夏季长江口及其邻近海域湍流特征分析

利用2019年7月在长江口科学考察实验研究夏季航段(NORC2019-03-02)中获得的MSS90L湍流剖面仪的直接观测数据,本文计算并分析了该断面的湍动能耗散率ε和垂向湍扩散系数K_Z的分布情况。湍动能耗散率的大小为1.72×10⁻¹⁰～2.95×10⁻⁵ W/kg;垂向湍扩散系数的大小为3.24×10⁻⁷～4.55×10⁻² m²/s。湍动能耗散率和垂向湍扩散系数的分布相似,均为上层最强,底层次之,中层最弱。上层由于风应力的作用,使得湍动能耗散率和垂向湍扩散系数较大;温跃层处层化较强,抑制了湍动能的耗散和垂向上的湍混合。盐度锋面的次级环流会促使低盐水团脱离,锋面引起的垂向环流会加强海洋的湍混合。低盐水团与外界的能量交换较少,湍动能耗散率较弱。长江口海区存在明显的上升流和下降流,它们是由锋面的次级环流产生的;上升流和下降流的存在促进湍动能的耗散与湍混合。     

小球藻EC04产胞内多糖条件优化及抗氧化活性研究

小球藻胞内多糖等活性物质具有多种重要生物活性和生理功能。为提高小球藻EC04胞内多糖的产率, 采用单因素实验和L₉(3 ⁴)正交实验优化对其培养条件进行优化。在暗光比12∶12、温度24±1℃和2000Lux光照条件下, EC04产胞内多糖的最佳条件为: MgSO₄·7H₂O浓度112.5mg·L ^-1, K₂HPO₄浓度60mg·L ^-1, NaNO₃浓度1.2g·L ^-1, 维生素B₁浓度0.5mg·L ^-1, 维生素B₁₂浓度0.1μg·L ^-1。在此条件下, EC04产糖率为271.74mg·g ^-1, 细胞密度为48.027×10 ⁶cells·mL ^-1, 与基础培养基相比分别提高了97.49%和34.91%。添加VB₁、VB₁₂等也在不同程度上影响小球藻胞内多糖产率。对所提取胞内多糖进行抗氧化活性初探, 结果表明其具有一定的自由基的清除能力, 对DPPH·(1-二苯基-2-三硝基苯肼)和·OH(羟自由基)的最大清除率分别达到了82.32%和64.27%。     

澳大利亚悉尼外海陆架区内波场谱特性的分析

本文对澳大利亚悉尼外海陆架区上历时9天的浅海锚系海流计资料作了谱分析。得出,观测得到的脉动可能是内波,其低频分量以相速0.55m/s垂直于等深线向岸传播。不同于大洋内波谱特性,观测得到的温度谱呈ω^-3/2律,并在ω=N处有急剧下降,而水平动能谱在低频段呈ω^-5/2律,在高频段呈ω^-4/8律。观测得到内波的总能量约为GM谱的1/2,可以认为上述与GM谱之偏离是由于从远处传入之内波的耗散,浅海局地生成的内波以及细结构污染等因素所致。     

南海北部陆架区内波的演变与耗散机制

海洋是多尺度强迫-耗散系统,机械能主要在大尺度输入,在小尺度耗散。在大、中尺度运动的能量向小尺度湍流传递过程中,内波扮演着重要角色。内波的生成和破碎可打破海洋动力平衡,而在陆架区,内波（主要是内孤立波）的浅化演变与耗散则是驱动湍流混合的关键过程。通过长期的理论、观测与数值模拟研究,目前已认识到内波浅化过程中主要发生如下演变：波形调制、极性转变、裂变、破碎与耗散。相较于直接发生破碎,浅化演变过程中的裂变及其引发的剪切不稳定和对流不稳定是内孤立波在陆架区的主要耗散机制,显著调制陆架区的跃层混合。从能量串级的角度讲,内孤立波浅化裂变为动力不稳定的高频内波是潮能串级的重要通道。本文简要回顾南海北部陆架区内波的研究历史,并着重总结内波在陆架区演变与耗散机制的研究进展。     

黑潮延伸体区跨等密度面湍流混合的次季节变化

海洋中的跨等密度面湍流混合对于热量和淡水输送、翻转环流以及全球气候变化都有重要影响,理解跨等密度面湍流混合的变化对于改进气候模式模拟和预测大尺度海洋环流的能力具有重要作用.基于细尺度参数化方法,本文利用黑潮延伸体区的一个长期潜标K7观测,对跨等密度面湍流混合的次季节变化进行了分析.结果 表明,在2004年6～9月,30...     

中国西沙群岛底栖甲藻热带库里亚藻(Coolia tropicalis)的形态学、系统发育及毒性研究

库里亚藻(Coolia)是一类广泛分布且具有生物毒性的海洋底栖甲藻。本研究对近年来在中国南海西沙群岛海域采集分离的4株库里亚藻, 通过光镜及电镜下的形态学观察, 并结合基于核糖体大亚基(large subunit, LSU)rDNA(D1-D3)和内部转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)的序列进行系统发育分析, 鉴定该4个株系为热带库里亚藻(Coolia tropicalis)。在卤虫(Artemia salina)生物毒性试验中, 热带库里亚藻不同株系毒素提取液对卤虫幼虫表现出了毒性差异, XS554株系的48h半致死浓度(LC50)为1.42mg·mL ^-1(约相当于1.1×10 ⁵cells·mL ^-1), 5XS15株系的LC50为1.92mg·mL ^-1(约相当于1×10 ⁵cells·mL ^-1)。     

深圳湾浮游细菌生物量的时空动态及影响因素

自2015年5月至2016年3月在深圳湾布设了3个站位,对该海域进行了每季至少1次共7个航次的浮游细菌生物量调查。结果表明:(1)深圳湾浮游细菌生物量季节均值的变化范围为(4.90~86.90)×10^-2μg·mL^-1,总均值为3.14×10^-1μg·mL^-1;(2)深圳湾浮游细菌生物量的季节变化模式为:冬季(5.98×10^-1μg·mL^-1)>秋季(3.02×10^-1μg·mL^-1)>夏季(2.79×10^-1μg·mL^-1)>春季(7.52×10^-2μg·mL^-1);(3)从空间分布来看,浮游细菌生物量湾中含量最高,湾口其次,湾顶最低;(4)深圳湾浮游细菌生物量与亚硝氮含量呈极显著的正相关(P<0.01),与氨氮含量呈显著正相关(P<0.05);(5)深圳湾水体中浮游细菌丰度季节均值变化范围为(2.45~43.50)×10⁶个·mL^-1,年均值达1.57×10⁷个·mL^-1;(6)从整体的细菌丰度及生物量来看,深圳湾海域呈现富营养化状态,湾中最严重,湾口次之,湾顶最轻。     

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。     

南极普里兹湾海域湍流扩散系数估计

基于Thorpe尺度方法,利用CTD数据,计算了南极普里兹湾海域的Thorpe尺度和湍流扩散系数,分析了观测区域(64°～69°S,66°～80°E)湍流翻转现象的强弱及分布。结果表明,在海底和地形粗糙区存在较大的Thorpe尺度(较强湍流翻转)和湍流扩散系数,湍流扩散系数最大值能达到10^-2m²/s量级,比平坦开阔海洋高2～3个数量级,部分观测站位的湍流扩散系数和湍动能耗散率表现出大-小-大的垂向分布结构,总水深较深的区域尤为明显;深水区域的浮力频率在海表面到500 m层比较大,浅水区域该现象不明显;湍动能耗散率在(67.25°S,73°E)周围和经度为78°E的各站位都表现相对较大,能达到10^-6 w/kg量级,个别站位甚至能达到10^-5 w/kg量级。