菲律宾海盆深层温盐结构与环流变化特征研究

基于ECCO2 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean)、 GLORYS12V1 (Global Ocean Reanalysis and Simulations)、ORA-S5 (Ocean ReAnalysis)三种海洋再分析数据,对比研究了菲律宾海盆深层温盐及环流的季节和年际变化特征。结果表明:三种数据显示的海盆深层温盐季节变化特征基本一致,在3 000～4 000 m水深区域,海水呈春夏两季高温低盐而秋冬季低温高盐特性,4 000 m以下海水温盐季节变化很小;沿西边界,温度与内部有明显差异且季节变化幅度相对较大。沿西边界的输运季节变化特征表现为10月至次年4月输运向南,5—9月输运向北,并且在8月份达最大值;表明存在沿西边界的流动,即菲律宾海盆与南端西卡罗林海盆(West Caroline Basin)之间存在季节性水体交换。海盆深层海水温盐年际变化也十分显著,但不同数据显示的变化特征存在较大差异。EOF和相关分析显示,三种再分析数据的深层位温与ENSO均存在一定相关性,ECCO2的深层位温变化与ENSO的相关性最强。由于长期观测数据较少,再分析数据的结果难以验证,因此目前对年际变化特征的研究仍具有很大的不确定性。     

普里兹湾附近绕极深层水和底层水及其运动特征

利用中国第15次南极科学考察科学考察队的CTD全深度观测资料(1998年11月至1999年2月),分析并讨论了普里兹湾以北的南大洋海域内,绕极深层水(CDW)和南极底层水(AABW)的物理特性及其空间分布.同时还与历史上其他学者的发现进行了比较.指出了在研究海域内,CDW在100～2000m之间从北向南扩展,其高温核(t>1.2℃)和高盐核(S>34.7)在75°E断面上最为深厚,向南扩展得最远;而AABW则在2500m以深由陆坡底部向北扩展,σ_θ>27.875的高密度水体在70°E断面上最为深厚,向北扩展得最远.此外还通过实测的CTD资料证实了CDW和AABW的经向环流特征,以及它们与迪肯流环(Deaconcell)、亚极地流环和深层流环的一致性.     

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。     

南印度洋绕极深层水的性质和空间分布以及南极绕极流的作用

利用世界大洋环流实验的南大洋观测温度、盐度和溶解氧资料,分析并说明了南印度洋绕极深层水的性质和空间分布特征,比较了30°E,90°E和145°E断面上温度、盐度和溶解氧的垂直分布及其异同,着重指出,在南印度洋的这3个不同经度断面上,绕极深层水和锋面的不同特征与南极绕极流越洋输运和南印度洋绕极深层水的经向运动有着密切的关系。实际上,绕极流的越洋输运是南大西洋与南印度洋之间以及南印度洋与南太平洋之间水交换的主要动力因素,对形成绕极深层水的物理性质的空间分布有着重要的作用。     

变性绕极深层水入侵时南极普里兹湾湍流混合特征研究

基于中国第28、29和31次南极科学考察中的CTD数据,利用Thorpe尺度方法计算了普里兹湾及其附近海域湍动能耗散率,分析了其分布特征,并对当地的水团结构进行研究.结果表明,普里兹湾及其附近海域中,前两个航次观测中次表层湍动能耗散率强度在陆架坡折区域达到最大.在水团分布方面,在第28和29航次中均观测到了变性绕极深层...     

末次间冰期大西洋中层水突然变暖对温盐环流减缓的响应

气候模拟研究预示 ,虽然全球气候仍在变暖以及水动力循环也在加强 ,但人类活动引起的温室气体浓度的增加 ,可导致大西洋经向倒转环流 (温盐环流 ,THC)的减弱甚至关闭(Cubasch等 ,2 0 0 1 )。因此 ,这是控制大西洋温盐环流得以持续的根本所在。但是 ,现今THC的实际观测还不足以说明其环流的强度是在变化的。气候模型显示 ,THC减缓的结果导致赤道大西洋中层水的显著且快速增温 ,表明大西洋中等深度的水体温度变化可作为THC的示踪剂。对大洋循环模型采用不同的边界条件 ,选择现今和冰川气候条件来演示大西洋中层水是如何响应的。中层水的…     

ACSYS的科学目的和主要目标

北极气候系统研究(ACSYS)要解决两个相关的问题:——北极的气候是像模型显示的那样对全球气候的变化那么敏感吗?——全球气候对北极各种过程的敏感性究竟是什么?这两个问题是根据各种观测资料与模拟结果提出的。我们现已知道:——北极地区水团的形成终结了通常称作“输送带”环流的全球大洋温盐环流的一条通     

印尼贯穿流源区马鲁古海和哈马黑拉海水团来源的气候态分析

本文利用World Ocean Atlas 2013（WOA2013）气候态的温盐资料和the Simple Ocean Data Assimilation （SODA v3.3.1）流场数据,分析印尼贯穿流东部源区马鲁古海和哈马黑拉海的水团垂向分布特征及其来源,特别是次表层、中层及深层水的来源和路径。结果表明,气候态下,马鲁古海次表层的高温高盐水来自于北太平洋,与北太平洋热带水性质接近,哈马黑拉海次表层主要是来自南太平洋热带水;中层水以低温低盐为特征,马鲁古海的中层水来自南太平洋,受南极中层水控制,哈马黑拉海的中层水可能是从马鲁古海而来的南太平洋水;对于次表层和中层之间的过渡层,马鲁古海与哈马黑拉海的水源为南、北太平洋的混合水,且两个海域之间也存在着水团交换;在深层,马鲁古海的水源更倾向于班达海北部及塞兰海,而与太平洋水无关,哈马黑拉海由于地形阻挡也难以与太平洋直接发生水团交换。     

对马海峡水团组成对日本海温盐分布影响的季节及年际变化

基于WOD13(World Ocean Database 2013)的温盐观测资料,分析了对马海峡断面和日本海内一断面上温盐分布的季节变化特征,并利用水团组成混合比的方法探讨了对马海峡断面处的水团组成对日本海内断面上温盐分布的影响的季节和年际变化。研究表明:对马海峡断面上水团组成呈现显著的季节变化。冬季,整个水层被高盐水占据;夏季,对马海峡表层出现高温低盐水,底层为高盐水,次表层为表层低盐水和底层高盐水的混合水体;春秋为过渡季节。日本海断面上,秋季温盐分布最为复杂,表层为高温低盐水,次表层为高盐水,其下为低温高密水。两个断面季节变化对比可以看出,夏季对马海峡断面处的水团组成会影响秋季日本海断面上的温盐分布。夏季对马海峡表层和次表层水是秋季日本海断面表层50m以浅出现低盐水的主要原因;对马海峡深层高盐水主要影响秋季日本海断面50～150m水层,混合比可达0.82;其下为日本海固有水。夏季对马海峡处水团组成的年际变化也会影响秋季日本海断面上温盐分布的年际变化。长江流量较大的年份,夏季对马海峡表层和次表层低盐水的核心盐度值偏低,秋季其在日本海断面上的混合比就高于其他年份;对马海峡底层高盐水在日本海断面上混合比的年际变化则决定于其影响水层上的流场结构和温盐分布。     

普里兹湾及邻近海域多航次水文特征比较分析

利用第15,16,21,25,26和27次南极考察在普里兹湾及邻近海域所获取的CTD观测数据,对该海域主要水团、典型层面水文要素平面分布等进行了对比分析。研究表明:1)普里兹湾及邻近海域水团主要包括南极表层水、普里兹湾陆架水、绕极深层水和南极底层水。夏季表层水温盐变化显著,没有固定的核心值;绕极深层暖水的分布范围和温盐特征相对比较稳定;南极底层水在各航次中均有出现。2)在陆架水中存在位温低于海面冰点的冰架水和温度低于现场温度的过冷水。冰架水主要分布在冰架前缘和70°30′E断面上,沿70°30′E断面最北可扩展至陆坡附近;过冷水主要分布在冰架前缘西部。3)高盐陆架水在普里兹湾存在较少,主要分布在埃默里冰架前缘和73°E断面67°30′~68°45′S范围内,其中S34.62的高盐陆架水均位于73°E断面附近,并沿73°E断面向北扩展至67°30′S附近,盐度最大值为34.64。4)夏季表层温盐分布时空变化特征显著。部分航次埃默里冰架前缘存在一个很强的纬向温度锋面,最高温度达到3.55°C。5)绕极深层水在第15航次涌升至100m以浅,涌升最明显的海域在63°00′~64°00′S附近,73°E断面涌升最强。     

南海东北部海域次表层水与中层水之流径

1992年春季以及1994年夏季，台湾海峡两岸曾同时出动多艘研究船在南海东北部海域协力执行了两次较大区域的水文调查作业。根据温盐曲线之类聚情形，发现盐温变率比（即温盐曲线斜率之倒数）是除了盐度极大值与盐度极小值外另一个简单又好用的温盐特征参数。此值乍视之下仅与温盐曲线之形状有关，但因其隐涵了时间的效应，故可有效反映出水团之变性程度，对分析、推断水团之流径甚有助益。经分析、对比温盐参数与动力高度之水平分布，发现1992年春季观测时之地转流场与温盐参数二者趋势不甚一致，但1994年夏季之测情却有很好的共通性，似乎表示后者之流况系处于稳定状态，因此观测现象应较具代表性。资料亦显示：不论春、夏，在吕宋岛西北角与东沙群岛之间的广大海域主要是受成群的气旋型环流所控制，此气旋群之范围因季节而异，夏季时其势力较向东、向北扩展，因而在巴士海峡、巴林塘海峡阻挡住黑潮区之外洋次表层与中层水团向西伸展，但外洋水团仍可在台湾岛南端逸入南海东北部，然后被南海内部流系辗转带往南海腹地。春季时，外洋水团虽可占据气旋群环流场东北方之台湾西南外海，但并未见能长驱直入南海内部者，仅有部分经变性后之外洋水被气旋群西侧之环流带往南海中部，表示逸入过程是南海与西菲律     

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。     

菲律宾海底层水体在1990s—2010s之间的暖化*

跨菲律宾海的重复断面水文观测揭示: 菲律宾海底层水体从1990s到2010s增暖了0.002~0.01℃。在西马里亚纳海盆和四国海盆, 较冷的下层绕极深层水(Lower Circumpolar Deep Water, LCDW)减少, 较暖的LCDW增加; 而在菲律宾海盆, 较冷的变性LCDW减少, 较暖的变性LCDW增加。菲律宾海盆4000dbar的热通量是0.0413W·m^-2, 而西马里亚纳海盆和四国海盆的是0.0221W·m^-2。菲律宾海盆由于深层海洋热膨胀引起的局地海平面上升速度是0.0621mm·yr^-1, 而西马里亚纳海盆和四国海盆的是0.0333mm·yr^-1。     

1998年夏、冬季南海的水团及其与太平洋的水交换

根据 1998年夏季和冬季 2个航次的实测资料 ,对南海的水团进行划分和分析 ,并利用1997年 7月和 12月的实测资料 ,对巴士海峡 (吕宋海峡 )和民都洛水道附近的温盐分布进行分析。1998年冬季的资料分析结果表明 ,可将南海外海水划分为 6个水团 ,即南海表层水团 (S)、南海次表层水团 (U)、南海次 -中层混合水团 (UI)、南海中层水团 (I)、南海深层水团 (D)和南海底盆水(B)。 1998年夏季还可在南海中鉴别出黑潮表层水团 (KS)和黑潮次表层水团 (KU) ,但在冬季观测期间无黑潮水越过 119.5°E经线进入南海 ;夏季有苏禄海水在 5 0～ 75 m层经民都洛水道侵入南海。然而 ,1997年夏季和冬季的资料分析表明 :夏、冬两季都有大洋水通过吕宋海峡北段进入南海 ,南段有南海水流入太平洋。这些现象可能与 1998年前后的厄尔尼诺有关。     

基于PHC3.0数据集的北冰洋水团分析

基于PHC3.0极地科学中心水文气候数据集(简称PHC3.0数据集)的温度和盐度资料,使用聚类分析和Bayes判别分析的方法,对北纬70°以北海域的水团结构进行了分析,在北冰洋区域划分出4个水团:北冰洋表层水(ASW)、大西洋中层水(AIW)、太平洋水(PW)和北冰洋深层水(ADW)。北冰洋表层水(ASW)遍布于欧亚海盆和加拿大海盆,以低温低盐为特征。大西洋中层水(AIW)位于约200～900m深度,在北冰洋环极边界流的作用下,其影响可达到加拿大海盆。太平洋水(PW)受经白令海峡进入北冰洋的海水影响,相对高温低盐,夏季时影响显著。北冰洋深层水(ADW)在海盆中相当均匀,几乎没有季节变化,盐度约在34.95psu,温度在加拿大海盆约为-0.3℃,欧亚海盆约为-0.7℃。     

水团相互作用与东海高密水环流的演变

本文利用水文和海流观测资料，从水团相互作用去研究东海高密水及其环流的演变。获得如下一些结果：东海高密水冬季形成于东海中部陆架混合水中，入春以后水团挤压，高密水显得更为突出，入秋后高密水变性，东海中部陆架混合水重新形成；东海高密水核心区可形成气旋环流，从冬到秋经历了一个弱—强—弱的演变过程。海流观测结果证实这个环流是存在的；在东海高密水南侧存在较明显的密度锋，从冬到秋它也经历了一个弱—强—弱的演变过程；水团分析发现，各种与主体分离的混合水从春到夏可在高密水核心周围组合成一个环，从而进一步印证了这个高密水环流的存在     

北部湾东北部水团分布及季节变化分析

基于2016年9月—2017年8月北部湾海域棕囊藻调查9个航次的温度、盐度和密度等水文数据,通过K-mean动态聚类分析方法分析了研究海域水团的分布及季节变化过程。根据温盐资料将研究海域的海水类型分为低温高盐的陆架底层水团、陆架表层混合水团和低盐沿岸水团。通过20°10′N断面上多期次的温盐分布特征揭示了北部湾整体上逆时针环流在北部湾东侧陆坡的存在;通过大面水文调查的结果揭示琼州海峡的余流特征,并结合卫星漂流浮标运动轨迹揭示了珠江冲淡水对研究海区水团分布的影响。本研究丰富了对北部湾东北部水团分布和季节变化的认知,对研究该海域赤潮发生、发展规律有指导意义。     

利用海洋温度剖面与海表盐度反演盐度剖面方法研究

为解决海洋中大量观测数据只含有温度剖面而缺乏盐度观测的问题, 基于历史观测的温盐剖面资料, 考虑到盐度卫星数据的发展, 采用回归分析方法, 在孟加拉湾建立了盐度与温度、经纬度、表层盐度的关系, 并对不同反演方法的反演结果进行检验评估。结果发现, 在不引入海表盐度(sea surface salinity, SSS)时, 最佳反演模型是温度、温度的二次项与经纬度确定的回归模型, 而SSS的引入则可以进一步优化反演结果。将反演结果与观测结果进行对比, 显示用反演的盐度剖面计算的比容海面高度误差超过2cm, 而引入SSS后的误差低于1.5cm。SSS的引入能够较为真实地反映海洋盐度场的垂直结构和内部变化特征, 既能够捕捉到对上混合层有重要影响的SSS信号, 又能够反映盐度在跃层上的季节内变化以及盐度障碍层的季节变化。水团分析显示, 与气候态相比, 盐度反演结果可以更好地表征海洋上层水团的变化特征。     

水下滑翔机在识别水团新结构中的应用

本研究基于中国科学院沈阳自动化研究所自主研发的水下滑翔机在热带东太平洋观测获取的连续剖面温盐数据,并通过与多套不同数据的比测,证实国产水下滑翔机观测的温盐数据准确可靠,未来可大范围应用于深海大洋。观测结果首次发现该海域北太平洋中央水（NPCW）（50~100 m）的60~80 m层分布着中间层低盐水,分析认为该低盐水来源于水团下方的加利福尼亚流系水（CCS）,中间层低盐水形成的动力机制主要受跃层附近的内波控制,并与内波强度密切相关,同时受上层（20~60 m）障碍层的影响,该中间层低盐水仅仅出现在60~80 m。本研究发现内波与障碍层能够通过影响动能与热能的传输进而促进水团新结构的形成,相关成果丰富了内波与障碍层对上层海洋响应的研究,具有重要的科学价值。     

末次冰消期以来冲绳海槽深水氧化性与通风演化研究进展与展望

过去二十年,末次冰消期以来冲绳海槽深层水沉积氧化性与通风演化、碳埋藏与释放等研究一直备受关注。尽管目前该研究方向已开展了大量的工作,但由于多种替代指标的复杂性和局限性,与冲绳海槽黑潮动力学相关的深水环流和沉积氧化还原研究目前仍然存在较大争议。本文系统总结了末次冰消期以来冲绳海槽深层水沉积氧化性与通风演化的研究进展,发现高有机质沉降通量和高古生产力是末次盛冰期（LGM）至冰消期期间冲绳海槽深层水缺氧的主要原因;Younger Drays(YD)和Heinrich Stadial 1(HS1)事件期间深水通风增强、含氧量增加与北太平洋中层水（NPIW）强化和侵入有关;早全新世以来黑潮加强引发的深水通风抵消了上升流驱动的生产力提高的影响,使得冲绳海槽深层水处于氧化状态。最后提出未来冲绳海槽古海洋学研究应加强对轨道-千年尺度深层水水源识别与演化示踪、不同气候状态下古生产力与沉积氧化还原耦合关系,以及深层水演化的环境与气候效应等方面的研究。