塘沽海洋站水位变化及其极值与海面风的相关关系研究

在海洋工程设计中,水位极值是一个重要的设计参数。对塘沽海洋站54a每小时的水位观测资料(1950—2003)和38a的海面风观测资料(1965—2003)进行了分析,探讨了该站水位的变化特征及海面风与水位极值的相关关系。分析结果表明,在水位时间序列中M2分潮占总能量的60%以上,六个主要分潮M2,S2,N2,K2,K1和O1占总能量的93%以上。年平均海平面的变化并不是简单的线性变化,而是存在3~5a的周期性波动,这可能与厄尔尼诺、太阳黑子活动和交点周期等周期性和准周期性变化过程有关。由54a实测资料计算得的年平均海平面的年变率为1.64mm/a。54a中最高水位为5.81m,发生在1992年9月;最低水位为-0.99m,发生在1968年11月。100a一遇的最高水位为6.02m,由偏东向风引起,而西向风引起塘沽海洋站减水。对于100a一遇的各向最大风速,北向偏东风的100a一遇的风速为最大,其值为26.78m/s,其可能引起的最大增水为2.06m。西风的100a一遇最大风速为20.5m/s,其可能引起的减水水位为2.28m。     

东沙海域海洋环境噪声特性分析及其与风速的相关性研究

本研究利用亚洲海国际实验南海区所获取的海洋环境噪声数据,研究了2001年5月3日0时至5月17日0时海洋环境噪声的时频特性.实验期间有热带风暴西马仑经过,导致海面风速和风生海洋环境噪声随西马仑的逼近和远离出现了显著的升降.以1 250 Hz的海洋环境噪声为例,海洋环境噪声级在这一期间内有一个明显的升高、稳定和缓慢下降的过程.结合再分析风速数据研究海洋环境噪声级与风速的相关性,结果表明,在较高频1 250 Hz处,海洋环境噪声级与风速的互相关系数r为0.50;在较低频50~400 Hz处,两者的互相关系数r在-0.20~0.20之间.此外,本研究利用噪声级与对数风速之间的线性关系式,将海洋环境噪声级与实验过程中海面风速数据做回归分析,确定拟合系数,将此系数用于反演估计海面风速,反演误差在5%~20%之间.     

2005～2007年厦门岛周边海域水体叶绿素含量的时空变化特征

利用2005～2006年每年5、8、11月份和2007年5、8、10月份厦门周边海域27个测站共9个航次现场跟踪监测资料,研究了该海域水体叶绿素含量的时空变化特征.结果表明：监测期间厦门岛周边海域表层水叶绿素a含量在0.28～28.55μg/dm^3之间,平均值为3.47μg/dm^3,平均占总叶绿素含量的70.4%;底层海水的相应值分别为0.29～18.69、3.36μg/dm^3和71.8%.表层海水叶绿素b含量在0.00～6.95μg/dm^3之间,平均值为0.78μg/dm^3;底层水的相应值分别为0.00～4.15、0.72μg/dm^3.表层水叶绿素c含量在0.00～8.13μg/dm^3之间,平均值为0.93μg/dm^3;底层水的相应值分别为0.00～5.51、0.83μg/dm^3.表、底层水叶绿素a含量的年际变化趋势相似,高峰值都出现在2006年,低谷值都出现在2005年,总体上呈逐年上升趋势.各年中叶绿素a含量的季节变化与某季节是否出现赤潮有明显的关系.在正常年份中,表、底层水叶绿素a含量季节变化曲线的峰、谷值较多出现在8月和11月;但出现赤潮时,则发生赤潮的当月（如2006年5月）一般都成为当年叶绿素a含量的峰值所在月.监测期间调查海域水体叶绿素a含量的平面分布较复杂,在正常情况下,尽管其各季的平面变化梯度差异明显,但仍大致呈西北沿岸水体的较高,向东南逐渐递减的分布态势,其高值区常出现在宝珠屿以西和九龙江口附近海域.但在发生赤潮时,其叶绿素a含量的平面变化增大,赤潮区水体的叶绿素a含量为高值中心.如2006年5月调查海域水体叶绿素a含量的平面变化大,出现赤潮的东南部海域的最高,九龙江口海域的次之,未观测到赤潮的同安湾和厦门西港大部海域水体的叶绿素a含量最低.     

泉州湾表层水主要化学要素含量和富营养化指数的时空变化特征

根据泉州湾2010年4个航次的现场调查资料,分析泉州湾表层海水中化学需氧量、无机氮、活性磷酸盐含量的季节变化特征,应用海湾富营养化评价模式对泉州湾海域海水富营养化状态进行评价,得出秋季和冬季富营养化指数（17.85和18.32）相对较高,夏季和春季富营养化指数（3.02和5.89）相对较低,与无机氮、活性磷酸盐含量的季节变化特征相似.根据近20 a泉州湾海域历史监测数据得出富营养化指数年际变化特征呈现先缓慢升高,后下降,最后又升高的趋势,与无机氮、活性磷酸盐的年均含量变化特征基本相似,近几年来富营养化指数（14.57）急剧增大,表明泉州湾海水富营养化程度非常严重.泉州湾海水富营养化指数平面分布特征总体上呈现由湾口向晋江入海口、后渚附近海域逐渐递增的趋势,与无机氮含量平面分布特征一致,与活性磷酸盐含量平面分布特征相似.     

泰山景区地闪分布特征及与海拔高度关系研究

我国因雷击造成的森林火灾和景区人员伤亡时有发生,近年来,泰山景区也多次发生雷击森林火灾和设备损坏等事故。为了有效地避免或降低雷击对泰山景区的危害,利用2007—2018 年山东省闪电定位系统监测的地闪资料,对泰山景区闪电活动特征及其与地形、海拔的相关性进行分析,从而为有效地开展防雷减灾服务及为地方政府部门决策提供技术支撑。 结果表明：虽然不同年份的落雷次数有所差别,但每年不同海拔高度落雷次数的分布特征比较一致,泰山景区年均地闪密度为1.82 次•km-2•a-1,地闪密度较高的区域集中在主峰和主峰西北方4 ～7 km附近山顶区域;地闪活动的季节性分布特征明显,夏季（6—8月）地闪次数约占全年总地闪次数的86.86%,海拔900 m以下落雷次数较多;日落雷次数的高峰时段为14:00—20:00,落区集中在200～800 m之间;正闪强度均值随海拔升高波动较大,负闪强度随海拔的变化较小;地闪密度随海拔升高呈现上升趋势,海拔高度＜800 m的区域地闪密度随海拔增加呈缓慢上升的趋势,海拔高度＞1 000 m的区域地闪密度随海拔增加呈明显上升的趋势,同时发现随海拔高度的增加地闪密度和陡度呈现增大和增高的趋势,800 m以上尤其明显,可见泰山景区地闪密度与陡度和海拔高度呈现较好的正相关性。     

钦州湾及其邻近海域重金属的时空变化特征和影响因素

根据2013—2014年在钦州湾及其邻近海域获取的夏、秋、冬、春4个季节的环境调查资料,分析了表层海水中溶解态重金属的时空变化特征,并运用主成分分析法研究了影响重金属分布的因素。结果表明,Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As含量范围分别为0.214～1.510、nd～0.979、0.132～4.160、0.005～0.106、0.014～2.580、0.012～0.049、1.2～2.2 μg/dm³,各重金属元素含量均处于历史较低水平;夏、秋季重金属的平均含量依次是As>Cu>Zn>Cr>Pb>Cd>Hg,冬、春季则是As>Zn>Cu>Pb>Cr>Cd>Hg;入海径流量受控于降水,使得雨季时Cu、Zn、Cd、Hg、As的含量通常高于干季;东北季风期间大气沉降可能是Pb含量由夏季到春季逐步增高的主要原因;除夏季Pb、Cd和冬季Pb、Cd、Zn外,其它重金属之间具有显著的同源性。陆源输入是钦州湾及其邻近海域重金属的重要来源,咸淡水混合过程（酸碱度变化及物理混合）是影响重金属分布的最主要因素,潮流作用也是影响重金属分布的重要因素。     

基于再分析数据的全球海洋水体和热盐输运及其季节变化

全球海洋环流复杂,其产生的水体和热盐输运决定了各大洋物质和能量的再分配,并且对海气相互作用以及全球气候变化产生重要影响。本研究基于GLORYS12、GLORYS2V4、C-GLORS05、FOAM和ORAS5五种再分析资料对全球12个关键截面处的海洋水体和热盐输运进行了估算。平均计算结果显示,纬向积分的海洋经向盐量输运与经向体积输运的变化基本一致,这主要是由于海水盐度垂向变化较小,水体盐量输运与体积输运大小成比例。全球海洋在35°S附近呈现经向体积输运极值,其南向输运量接近10 Sv。由于海洋温度随深度增加迅速减小,且中下层较为稳定,因此海洋经向热量输运与上层海洋环流相关性更高。全球海洋在南北半球均呈现向极的经向热量输运,北半球中低纬度输运量在1.5～2.0PW,南半球中低纬度输运量在1.0 PW左右。N向热量输运横跨整个大西洋,南大西洋中低纬度输运量在0.3～1.0 PW,北大西洋中低纬度输运量在1.0～1.3 PW。与大洋经向输运相比,南大洋由于强劲的南极绕极流的E向流动,其纬向水体和热盐输运显著。计算结果显示,通过南大洋20°E、146°E截面以及德雷克海峡分别约有144.50、...     

基于局部均值分解和交叉小波的全球平均海平面变化与ONI 指数多尺度特征研究

为研究全球平均海平面与ENSO（El Niño-Southern Oscillation） 的相关性问题, 本文提出了一种结合局部均值分解和交叉小波原理的分析方法, 揭示全球平均海平面和ENSO 的影响机理和因果关联。利用全球平均海平面的时间序列进行局部均值分解得到PF 分量和余量, 表示海平面变化的高频分量、低频分量和趋势分量。剔除高频分量的影响, 利用最小二乘线性拟合趋势分量, 得到1991—2000 年的全球平均海平面上升速率为3.6 mm/a。接着对PF 的低频分量进行距平变换再与ONI 指数（Oceanic Niño Index, ONI） 分别进行Morlet 连续小波变换得到小波功率谱, 再将变换的连续小波分别进行交叉小波变换得到交叉小波功率谱和凝聚谱, 通过交 叉小波功率谱和交叉小波凝聚谱揭示信号在时频空间的能量共振和协方差分布规律, 其中交叉小波功率谱体现了共同的高能量区的相关性, 交叉小波凝聚谱体现了共同的低能量区的相关性。结果表明, 该方法能在多尺度上分析海平面的变化, 并能分析ONI 指数与全球平均海平面的关系, 可为全球平均海平面演变规律分析和预测等方面提供有力工具。     

南太湖入湖口蓝藻生物量与TN、TP的年变化特征及相关性研究

采用统计学方法,对南太湖水域三个入湖口(小梅港、新塘港、大钱港)水质中蓝藻生物量、TN和TP的年变化特征进行了调查;通过SPSS10.0软件对蓝藻生物量与TN和TP的相关性进行了分析。结果表明:(1)南太湖入湖口蓝藻生物量一般有两个高位期,分别出现在每年的5—6月和9—10月;(2)南太湖入湖口的TN和TP处于富营养化水平,TN有朝重富营养化发展的趋势;(3)2008—2009年蓝藻生物量与TN的相关性系数r介于-0.010—0.210之间,呈现不相关;2010年r介于0.43—0.47,呈现低度负相关;(4)3年中蓝藻生物量与TP的相关性系数r介于0.30—0.80,呈现正相关。南太湖沿岸TP出现在0.05—0.20mg/L范围内频率达90%以上,蓝藻高位期时TP浓度在0.1—0.15mg/L范围。结果说明,南太湖沿岸水体中氮和磷营养盐水平较高,已经不容忽视,蓝藻生物量与TN之间存在一定的此消彼长规律,水体中TP已经是南太湖各入湖口蓝藻生长繁殖的相关性因子。     

HY-2B卫星和模式风速数据随机误差及相关性分析

当利用三配准（Triple Collocation,TC）方法进行误差分析时,系统间随机误差（简称误差）不相关是一个重要前提假设,而在实际应用中不同系统误差常存在相关性,基于最小二乘法扩展配准（Extended Collocation,EC）方法能够在误差相关性存在情况进行误差分析,但对于误差弱相关性情况不能够准确估计误差的标准差。为此本文提出利用3个误差独立系统对第四个系统进行误差估计的方法,同时考虑误差相关性和表征误差,在误差弱相关情况下能更精确估计系统误差的标准差。本文根据HY-2B卫星3个载荷风速观测数据集随机误差相互独立特点,利用扩展三配准（Extended Triple Collocation,ETC）方法计算得到散射计、辐射计和高度计3个载荷风速产品误差的标准差分别为0.600 m/s、0.742 m/s和0.533 m/s;再对ECMWF再分析数据集ERA5的风速产品误差及相关性进行估计,计算出ERA5再分析风速产品随机误差的标准差为0.810 m/s,HY-2B卫星散射计风速产品和ERA5再分析风速产品误差相关性为0.231,HY-2B卫星辐射计风速产品和ERA5再分析风速产品误差相关性为0.105。本文提出利用已知3个误差独立数据集对第四个数据集误差及相关性进行估计的方法,实现了在误差弱相关情况下对系统误差的标准差更为准确的估计,有助于在同化和融合中更好地使用这些数据。     

AEL—1型风向,风速仪

本文介绍并叙述了AEL-1型风向、风速仪的设计原理,仪器各部分的电路设计,工作过程及系统软件。该仪器适用于气象台站、工矿企业、海上浮标及科研单位等部门。     

一种改进的高度计风速反演模式函数研究

本文利用角动量模式计算获得高风速资料,并通过气象观测站实测资料验证了风速资料的准确性,并将所得风速应用于Jason-1高度计风速反演模式函数研究,得到了一个新的风速反演模式函数。研究结果表明,本文提出的模式函数能更好地反映台风经过时海表面风速情况,实现了高度计对高风速(10~40 m/s)的反演,可作为Jason-1高度计风速反演业务化算法在高风速情况下的补充,以提高高度计风速反演精度。     

Correction of the effect of relative wind direction on wind speed derived by advanced microwave scanning radiometer

The sea surface wind speed (SSWS) derived by a microwave radiometer can be contaminated by changes of the brightness temperature owing to the angle between the sensor azimuth and the wind direction (Relative Wind Direction effect: RWD effect). We attempt to apply the method proposed by Konda and Shibata (2004) to the SSWS derived by Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR) on Advanced Earth Observing Satellite II (ADEOS-II), in order to correct for the RWD effect. The improvement of accuracy of the SSWS estimation amounts to roughly 60% of the error caused by the RWD effect. Comparison with in situ observation at the Tropical Atmosphere Ocean (TAO) array shows that the root mean square error of the corrected SSWS is 1.1 ms⁻¹. It is found that the impact of the RWD effect on the estimation of the latent heat flux can amount to about 30 Wm⁻² on average. We applied the method to the SSWS derived by AMSR for Earth Observing System (AMSR-E) and obtained a similar result.     

Simulation of barotropic and baroclinic tides in the South China Sea

The four leading tidal constituents M2, S2, K1 and O1 in the South China Sea are simulated by using POM. The model is forced with tide-generating potential and four leading tidal constituents at the open boundary. In order to simulate more exactly, TOPEX/Poseidon altimeter data are assimilated into the model and the open boundary is optimized. The computed co-tidal charts for M2 and K1 constituents are generally consistent with previous results in this region. The numerical simulation shows that energetic internal tides are generated over the bottom topography such as the Dongsha Islands, the Xisha Islands, the Zhongsha Islands, the Nansha Islands and the Luzon Strait.     

基于11年高度计数据的中国海海平面变化初步研究

利用1992年10月~2004年1月共11 a的TOPEX/Poseidon(T/P)和Jason-1高度计数据,对中国海海平面的时空变化变化做了初步分析,并且对11 a间海平面的上升速率进行了分析。研究发现中国海海平面11 a间的一些基本的变化特征:(1)11 a间中国海海平面变化被两次厄尔尼诺-拉尼娜现象分成了5个阶段;(2)中国海海平面变化以1 a周期为主,其中黄海和东海变化较为相似,以1 a周期信号为主,而渤海则还有2个月的周期信号,南海还有0.5 a信号;(3)11 a间,渤海海平面变化振幅最大,黄海和东海次之,南海变化最小,南海海平面变化受厄尔尼诺-拉尼娜事件影响程度最大,黄海和东海次之,渤海最小;(4)中国海海平面的上升速率为0.593 cm/a,渤海、黄海、东海、南海的上升速率依次为0.365,0.517,0.683,0.611 cm/a。分析结果为中国海海平面的变化规律、厄尔尼诺现象对中国海海平面变化的影响以及对未来海平面上升趋势的预测提供了有力的依据。     

热带大西洋表层环流及其月变化特征的分析

应用1993年4月至2001年3月的TOPEX/Poseidon卫星高度计遥感资料,分析了8 a平均热带大西洋(15°S～25°N,5°～50°W)表层环流结构的月变化特征.研究结果表明:热带大西洋表层环流中高纬度海区流速较小,赤道附近流速较大,表层环流系统大部分流系月变化不明显,部分流系月际波动较显著.具体来说,西南向的北赤道流下半年的纬向流速分量比上半年大.非洲沿岸流在5～11月流向为东北向,在其他月份主要为东南向.北赤道逆流可以分成两部分:25°W以东海区,北赤道逆流常年流向向东,到9月份前后流速达到最大值(约0.25 cm/s);25°W以西海区,7月至翌年1月流向向东,2～6月北赤道逆流减小,并有西向流产生.2°S～2°N,15°W以东海区的南赤道流在1～3月、9～10月流向向东,其他月份流向向西.南赤道流可认为是由南、北两支西向的海流构成,这两支海流的流轴分别位于6°S和1°N,在6～7月北支流速达到最大值0.6 m/s.南美洲纳塔耳东部西北向的北巴西海流流速月际变化不大,在5～6月份流速达到最大值0.3～0.4 m/s.相应的卫星风场遥感资料的分析表明热带大西洋表层环流结构的月变化特征与风场的分布及变化有较好的对应关系.用World Ocean Atlas 2001的月平均温盐数据反演出来的表层地转流场以及卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测进行的对比验证表明,上述遥感分析的地转流场结果与水文数据以及海上观测结果一致.     

1979—2018年长江口及邻近海域风速和波高的分布特征与变化趋势

本文基于欧洲中期天气预报中心 （ECMWF） 的 ERA5 与 ERA-Interim 再分析资料,提取长江口及其邻近海域1979— 2018 年间共 40 年的风场和海浪场数据,探讨该海域风浪和波高的时空变化特征,EOF 经验正交函数分解法分析结果显示风速与波高的数值在外海普遍高于近岸,且符合长江口所在东海海域受盛行东亚季风影响的特征。Mann-Kendall 检验法分析结果显示,在 1979—2018 年间该海域海表面年均风速呈增长趋势,平均增长速率为 0.228 cm/（s·a）,累计增长 1.6 %;年均有效波高呈增长趋势,平均增长速率为 0.120 cm/a,累计增长 5.4 %;年风速和波高的极端值也呈不同程度的增长趋势。     

The temporal and spatial variations in the Pacific wind and wave fields for the period 2002–2011

本文利用第三代海浪模式（WAVEWATCH III）分析了2002-2011年太平洋风速和海浪场的时空变化特征。首先,使用浮标观测数据对模式模拟的有效波高结果进行验证。结果表明模式可以有效地后报太平洋的有效波高。模式偏差较大的区域为中低纬度地区。随后将太平洋分为多个子区域,分别讨论了其风速和有效波高的时空变化特征。多年平均太平洋风速和有效波高存在类似的纬向分布特征,各子区域之间风速和有效波高的季节变化存在差别。模式刻画的太平洋有效波高年际变化最大的区域为南半球中高纬区域。进一步,我们研究了波浪能量的输入与耗散。相应的源函数项的各区域平均值显示了量化的表面波的变化。最后,对日平均的风速与有效波高值进行功率谱分析寻找序列的显著周期。结果表明有效波高时间变化对应的频谱和风速谱具有一定的差异。     

北部湾沿海最大风速分布特征及工程设计风速推算

利用北部湾沿海7个气象站建站至2008年的年最大风速资料,采用指数律风速廓线公式和＂时次换算＂方法对年最大风速进行订正,得到长年代10m高度10min平均年最大风速序列;采用离差系数Cv分析最大风速的年际变化,应用极值Ⅰ型分布推算北部湾沿海距地10m高50a一遇和100a一遇风速的极大值.结果表明,北部湾沿海年最大风速多出现在7～9月,年最大风速离差系数Cv为0.22～0.35,与沿海城市上海、福州、广州相近;北部湾沿海50a一遇、100a一遇风速的极大值分别为22.9～42.6和24.8～46.5m/s,其空间分布特征是：越靠近海的地方多年一遇风速的极大值就越大.