风应力涡度和边界力对东中国海环流的效应

多年来,很多国内外学者对东中国海环流的机理进行了研究。近几年,奚盘根等(1980)和冯士筰等(1981)基于f-坐标系的风涡度—热盐梯度全流方程分别数值地模拟了冬、夏季东中国海环流。他们指出,控制东中国海环流主要因子是边界     

东中国海环流的一种模型——Ⅱ、夏季环流和相似准则

我们曾提出了一种描述东中国海定常环流的全流模型，并用以对东中国海的冬季环流进行了数值模拟。该模型是以下列的风旋度——热盐梯度方程式来表述的:     

夏季东中国海环流三维数值实验

东中国海由渤、黄、东海三部分组成，为典型的陆架边缘海。对这一海域环流的认识，过去多依赖于温盐资料分析和有限的测流数据。近年来随着计算机技术的迅猛发展，数值模拟已成为研究环流的结构、起源和动力机制的重要手段。国内、外学者在这一领域进行了大量的工作，袁耀初等(1982)使用单层模型对东中国海风生-热盐环流进行诊断计算；王卫等(1987)使用一个正压模式计算了黄、东海黑潮流系和涡旋现象；袁耀初等(1987a，b，1989)采用诊断数值计算方法求解涡度方程，得出其所测海区的三维夏、冬季海流流场；袁耀初等(1990)采用一种预报模式研究东中国海的冬季环流；Chao(1991)用三维有限差分模式探讨了黑潮、季风及长江流量等因子对东中国海环流的影响；袁耀初(1993)针对东海东部的流动建立了一个三维预报模式；朱耀华等(1994)建立了一个三维正压模式研究了渤、黄、东海冬、夏季的环流情况；梁湘三等( Liang et al.，1994)用二层模式模拟了黑潮在台湾东北入侵陆架的现象；王凯于1998年在冯士筰提出的浅海Lagrange余流理论上建立了一种三维斜压陆架环流模式，对渤、黄、东海冬、夏季环流进行了诊断数值模拟；王辉(1996)基于一种三维斜压浅海Lagrange余流的弱非线性理论，模拟计算了南黄海和东海夏季三维Lagrange余流；朱建荣等(1998)建立了一个σ坐标系下三维非线性斜压陆架模式，对东中国海冬、夏季环流进行模拟计算，并数值实验了长江径流量、台湾暖流、黄海冷水团、风场等因素对长江冲淡水扩展的作用。以上这些工作对了解东中国海环流的结构、起源和动力机制都具有重要意义。但是这些工作由于当时计算机速度和容量的限制，其数值模式不够完普，有的使用了二维(单层)或诊断模式，有的网格较粗，多数未考虑实际的海岸线和海面热交换对温度场的影响等，从计算结果来看，没有一个模式能全面地模拟出发生在东中国海的环流现象。 本文作者试图采用Blumberg等(1983,1987)建立的σ坐标系下三维斜压预报模式，考虑了东海主要水道间的流量交换、长江径流、海面风应力、海面热通量等诸多因素的影响，对东中国海夏季的环流进行了数值模拟，结果较全面地模拟了东中国海的环流现象，为今后进一步开展此项工作提供科学依据。     

东中国海环流的一种模型 Ⅱ、夏季环流和相似准则

导言 我们曾提出了一种描述东中国海定常环流的全流模型,并用以对东中国海的冬季环流进行了数值模拟。该模型是以下列的风旋度—热盐梯度方程式来表述的:     

东中国海环流及其季节变化的数值模拟

关于东中国海环流的研究，国内外学者已做了大量的工作。早期科学家们主要依赖于对温盐资料和少数测流资料的分析研究对渤、黄、东海的环流结构有了较系统和深入的认识。东中国海环流是由一个气旋式的“流涡”组成，东侧主要是北上的黑潮-对马暖流-黄海暖流及其延伸部分；西侧为南下的沿岸流系。黑潮对东中国海环流的影响是如此之大，以致于除了某些局部区域外，上述海域主要流系的冬、夏季分布形式比较相似而无本质上的差异(胡敦欣等，1993)。但本文所研究海域正处于世界上最显著的季风区，冬、夏季盛行风向基本相反，过渡季节(春、秋季)风向多变，风力减弱；海洋热盐结构季节变化明显(如冬季混合强，而夏季层化明显等)，这些因素都使得东中国海环流存在着较明显的季节变化。 自20世纪80年代以来，东中国海环流的数值模拟工作逐步展开，并已成为研究环流结构及其形成机制的强有力工具。但由于数值模式本身以及计算方案的缺陷(如有些学者用固定的风场、温盐场对东中国海环流进行诊断模拟等)和观测资料的不足，数值模拟的结果难以得到验证，渤、黄、东海的环流研究中仍有大量的问题存在争议，以待澄清。例如，台湾暖流的来源、流径;对马暖流的来源;夏季黄海暖流的流径以及黄海冷水团环流等均有不同的论述。对黄、东海环流季节变化的数值模拟工作也较少，多用冬、夏典型月份的风场强迫积分至稳定态，给出冬、夏季环流，这种做法值得商榷。三维环流模式很难在1个月内达到稳定态，尤其是夏季层化明显、风力减弱的情况下，非常定风场的影响更应引起人们的重视。 本文采用比较符合实际的计算方案，用年循环风场和海面热通量场为外强迫，对渤、黄、东海的环流及其季节变化进行了模拟，并对一些争议问题进行了探讨。     

夏季东中国海环流三维数值实验

东中国海由渤、黄、东海三部分组成 ,为典型的陆架边缘海。对这一海域环流的认识 ,过去多依赖于温盐资料分析和有限的测流数据。近年来随着计算机技术的迅猛发展 ,数值模拟已成为研究环流的结构、起源和动力机制的重要手段。国内、外学者在这一领域进行了大量的工作 ,袁耀初等 (1 982 )使用单层模型对东中国海风生 -热盐环流进行诊断计算 ;王卫等 (1 987)使用一个正压模式计算了黄、东海黑潮流系和涡旋现象 ;袁耀初等 (1 987a ,b ,1 989)采用诊断数值计算方法求解涡度方程 ,得出其所测海区的三维夏、冬季海流流场 ;袁耀初等 (1 990 )采用一…     

关于东中国海环流模型的探讨

在参考文献[1,2]中作者提出了一个非常简单的东中国海环流动力学模型。本文又依文献[3]的思路发展了一个更全面的模型。值得重视的是,根据上述两个不同模式进行计算,所得结果基本上是相同的,仅在细节上稍有差异。数值模拟结果与观测结果是吻合的,而且东中国海环流的动力学特征表明,边界力、水深和热盐效应控制着东中国海环流的型式,而风应力仅起次要作用。     

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。     

黑潮和风应力对东中国海环流的作用

我们曾基于底摩应力涡度、行星涡度和风应力涡度的平衡方程,在黑潮(边界力(奚盘根等,1980,冯士搾等,198l。))可变海底地形的作用下,研究了东中国海环流的可能成因(刘凤树等,1984)。指出,东中国海环流的形成主要是黑潮作用的结果,风的效应仅起调     

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。     

长江口、杭州湾及其邻近海区Lagrange环流的数值模拟研究Ⅰ——正压环流

将长江口、杭州湾及其邻近海域作为研究整体,建立该海区的三维Lagrange正压环流的分阶数值模式,综合考虑径流、东中国海背景环流、风应力和M2,S2,O1,K1 4大天文分潮的综合作用,运用"流速分解法"将环流分为正压梯度流、风生流、潮致余流及零阶环流的非线性耦合流等4个分量,模拟了冬夏两季长江口、杭州湾及其邻近海区的Lagrange正压环流结构.结果表明,零阶环流受东中国海背景环流控制;潮致余流是该海区一个重要分量;杭州湾内正压环流主要由风生流和潮致余流控制.     

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.     

东中国海环流的一种模型 Ⅰ、冬季环流的数值模拟

绪言 东中国海环流是控制本海区水文气象状况的最重要因子。但至今尚无完整的动力学理论分析,这是因为对产生该海区环流的主要因子了解不够,加之它岸形复杂,水深变化很大,难以用一个解析模式将全海区概括起来。目前在黑潮深水区进行了一些动力计算,得到较好的结果,但在近岸浅水区由于零面选取上的困难,动力计算方法无法使用。因此,利用数值模式来模拟全海区的环流成为研究东中国海环流的重要途径之     

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。     

东中国海陆架环流的单层模式

对于东中国海的环流概况(参看图1),总的来说东中国海的海流是由来自黑潮及其分支、(台湾暖流、黄海暖流)和中国沿岸流两个系统所组成的.关于东中国海海流的研究,国内外已有不少学者做了工作.     

长江口海区上升流现象的数值模拟

海洋中沿岸的上升流是近岸环流的重要组成部分，它能把低温、高盐和富含营养盐的深底层海水带到真光层，为浮游生物的光合作用提供充足的养料，从而对海区的初级生产力分布和生物资源量产生深刻影响。 赵保仁等(1992，1993，2001)曾报道过，在长江口海区的北部，大约以31°30′N、122°40′E为中心，在经纬方向上各达1度左右的上升流区，来自深底层的变性后的台湾暖流高盐水，在这里可以上升到5~10m层附近水域，并显著地影响到长江口的盐度分布和长江冲淡水的扩散特征及初级生产力的分布特征。近年来的观测，如1988年7月的东海海洋通量调查(白虹等，2002)和1998年8月的中韩黄海联合调查(邹娥梅等，2001)也都一再证实在长江口北部水域存在着上升流现象。此外，王辉(1996)还曾用数值方法模拟出了长江口的上升流现象。为进一步探讨这一上升流的形成机制，李徽翡等(2002)曾用POM(Mellor，1996；Blumberg等，1987)以5′×5′的水平网格计算了东中国海的三维环流特征，在他们的计算结果中，几乎所有已被观测所证实的东中国海的环流现象，都得到了较成功的数值模拟。本文将用这一模式计算得到的垂直流速，讨论长江口海区的上升流现象及其形成机制，为今后的研究提供重要的科学依据。     

大西洋热盐环流年代际变化机制研究 Ⅰ.气候模式的建立和验证

大气环流与热盐环流(THC)变化之间的因果关系,是海气相互作用研究领域的一个悬而未决的问题。本文为研究大西洋热盐环流的年际和年代际变化机制以及北大西洋海气要素对热盐环流年代际振荡的响应过程,以德国Max-Planck气象研究所的最新大气海洋环流模式(ECHAM5/MPI-OM)为基础,构建了重点针对北大西洋的海气耦合气候模式。利用此海气耦合气候模式,首先进行了CO₂浓度固定在1860年前工业化以前水平-280 μl/m³(ppmv)的500 a的数值模拟控制试验,然后以1860-2000年间的实测和替代资料反演所得CO₂浓度为强迫进行了气候回报试验。依照观测资料和再分析数据集对气候模式回报的基本环流结构、深层水形成过程以及热盐环流和水团的空间结构进行了系统验证和分析。结果表明该气候模式具有相当的气候变化模拟能力,为后续的相关研究奠定了基础。     

THEDIAGNOSTICNUMERICALSIMULATIONOFTHREE－DIMENSIONALBAROCLINICCIRCULATIONINTHEYELLOWANDBOHAISEAS

给出一黄渤海三维斜压的数值诊断环流模式，并进行了环流的数值模拟。在黄渤海冬季及夏季的环流模拟研究中，考虑了影响环流的因素，如海面风应力、热盐效应、地形及边界流量交换等影响因子。由模拟结果，正确再现了黄海冷水团密度环流、黄海暖流和沿岸流等的三维特征，并对这些特征的成因进行了分析     

大气强迫日变化对东中国海海温模拟的影响

大气强迫的日变化可以减弱海表温度的水平梯度加强表层与次表层间的垂向混合,从而影响海温的模拟。本文基于区域海洋模式ROMS,利用NCEP/NCAR发布的6h1次的10m风速、短波辐射、海表气压等再分析资料,研究了大气强迫的日变化对东中国海温度模拟的影响。通过与观测资料比对发现,相比于日均大气强迫下的模拟,日变化大气强迫下的模拟与观测更为接近。大气强迫的日变化对东中国海的海-气热通量具有显著影响,能够使东中国海年均海气热通量增加1.4W/m~2,夏季增加13W/m~2,冬季减小10W/m~2。大气强迫的日变化通过海-气界面的热力和动力过程影响水温的垂直结构,加强东中国海的上层混合,使东中国海混合层厚度(MLD)增加约10%;夏季黄海冷水团的平均温度升高0.5℃,体积减少约1/3。     

渤、黄、东海夏季环流的三维斜压模型

基于拉格朗日时均观点描述环流，建立起潮流与准定常流共同占优势系统中的陆浅海环流模型，并诊断计算了夏季渤、黄、东海的三维环流图。模拟结果较好地再现了渤、黄、东海主要流系的特征。对照冬季结果，对渤、黄、东海环流的季节变化做了阐述。从环流垂向分量的分布图上，可发现渐闽近海、长江口外存在较明显的上升流区。另外，对夏季渤、黄、东海的热盐环流和潮致余流分别进行了模拟，发现它们均能在黄海构成一逆时针向的五流系统，这对形成和维持夏季黄海冷水团的存在有重要作用。热盐环流的模拟结果表明，黄海冷水团环流含有“热成流”的成分；通过Lagrange余流的计算发现环绕黄河冷水团的环流还含有“潮成流”的成分。