南海北部上层海洋变化的定点观测分析

对南海季风试验(CSMEX)加密观测期(IOP)“实验3”号船在南海北部获得的CTD温盐和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)海流等观测资料进行分析,给出东沙群岛西南部大陆坡附近IOP两个阶段定点观测的海洋分量部分结果,通过分析海水的动力、热力学结构,描述夏季风暴发、维持期间该测站上层海洋的变化,讨论近表面水的温度、盐度和海流对海面风场的响应.     

南海西部海流和温度长期定点观测分析

对处于南海西边界位置(11°49.930′N,110°00.20′E),深度为636m的观测点,2006年4月27日~2007年7月7日的海流和温度连续观测资料进行分析,得到以下结论:(1)观测期间温度具有明显的季节变化和日变化,平均值为7.4℃。(2)海流能量主要集中在南北方向上,具有显著的年变化。2006年5~6月,2006年8~11月及2007年1月北向流速占优,其他月份南向流速占优。(3)长期海流资料的调和分析表明,该海区潮汐类型属不规则全日潮;显著分潮为Sa、O1、K1和M2,潮流椭圆均作逆时针旋转,其中Sa和O1往复特性较强。Sa和K1分潮长轴与等深线平行,指向南北方向;而M2分潮长轴基本与等深线垂直;O1分潮长轴则指向西北-东南方向。(4)对逐月海流资料分别进行调和分析,得出O1和K1顺时针旋转的结果;该海区全日潮最显著,主要分潮的潮流椭圆要素随时间变化明显。(5)观测期间,观测海域多发中尺度涡:2006年6月15~29日观测点,东北方向的暖涡逐渐减弱并接近观测点,导致了日平均温度逐渐升高和余流V分量由强渐弱的变化特征。2006年12月12~19日观测点东侧发展了一个准静止冷涡,垂向范围300~800m,由于观测点处于冷涡的边缘,造成了温度变化平稳、海流V分量的南向流动随着涡的削弱而明显减小的变化特征。     

基于遥感与现场观测数据的南海北部内波传播速度

南海北部是全球海洋中内波最为活跃、生成和演变机制较为复杂的海域,本文利用多源卫星遥感数据(MODIS、GF-1、ENVISAT ASAR、RADARSAT-2)和现场观测数据开展了南海北部内波传播速度的研究。通过匹配捕获同一条内波的相邻两幅遥感图像,由内波的空间位移和时间间隔反演传播速度,并以0.5°×0.5°网格给出了南海北部内波传播速度的分布图。研究结果表明,内波传播速度受背景流场、水体层结和底地形变化等多因素影响,特别是水深。在南海北部由东至西、由南至北方向,内波传播速度逐渐递减。深海区内波传播速度最大,可达3m/s以上;内波在向西大陆架传播过程中,随着水深变浅速度逐渐减慢,传播速度为1—2m/s;大陆架浅海的内波传播速度较小,仅为零点几米每秒。同时,利用Kd V方程反演了内波传播速度理论值,对遥感数据提取的内波传播速度进行了精度验证,结果较为一致。     

南海大气低层风场的气候特征分析

分析１９８０－１９８７年欧洲中长期预报中心（ＥＣＭＷＦ）每日风场、温度场格点资料及同期南海区域测站和船舶资料，讨论南海低层风场的气候特征。南海为典型的季风活动区，冬季盛行东北季风，夏季盛行西南季风。流场的季节转换表现为季风系统的交替，相应不同的季风系统，南北温度梯度有一逆转过程，南海北部是温度梯度大且发生明显逆转的海区。１２°Ｎ以南海区气温全年变化极小，整个海区大气温度的季节变化不如流场变化快和显著。     

南海及台湾海峡台风浪的数值计算研究

本文应用ＬＡＧＦＯＦＩＯ的建立第三代海浪模式，采用波数能谱直接模拟海浪谱的方法，进行南海及台湾海峡台风浪的后报和分析计算结果与实测值拟合较好，表明ＦＩＯ－ＳＯＡ方法适用于该海区台风浪的数值计算。     

南海上层对台风响应的模拟研究

利用中尺度海气耦合模式对2006年第1号台风Chanchu海气相互作用的模拟结果.分析了南海上层海洋对台风的热力和动力响应特征.研究发现:模拟的chanchu影响下南海SST分布与观测较为符合;与SST降低相对应的是混合层深度普遍增加,较大的海面冷却对应了较大的混合层加深;在台风作用下,海面上产生了一个气旋式环流,随着台风中心的移动而移动.流场呈现明显的不对称结构;模拟结果表明南海对台风的响应具有很明显的近惯性振荡特征.     

西行穿越南海台风的特征及机制研究

基于日本气象厅1982—2018年台风最佳路径数据集,选取生成于西北太平洋后西行穿越南海的台风个例,通过对比分析探讨研究了该类台风的轨迹、强度、运动速度和生命周期等特征。研究发现,西行穿越南海的台风最早出现于6月,10月份最为活跃。该类台风的最大强度和平均强度分别比西北太平洋台风的平均水平强5～10 m/s和1～4 m/s(随月份变化)。此类台风在9—11月的平均生命周期可达7.0～7.5 d。进一步分析发现,生成于135°E东西两侧台风也存在明显差异。135°E东侧生成的台风期间,副热带高压和垂直风切变较弱、海表温度较高,导致台风强度更强,一般在菲律宾以东海区达到最大强度;135°E西侧生成的台风期间,副热带高压和垂直风切变较强、海表温度偏低,导致台风强度较弱,一般在南海中西部达到最大强度,但进入南海后在暖海表温度驱动下有二次增强现象。     

基于多源融合卫星高度计观测数据的南海海浪有效波高的季节变化研究

The seasonal variability of the significant wave height(SWH) in the South China Sea(SCS) is investigated using the most up-to-date gridded daily altimeter data for the period of September 2009 to August 2015. The results indicate that the SWH shows a uniform seasonal variation in the whole SCS, with its maxima occurring in December/January and minima in May. Throughout the year, the SWH in the SCS is the largest around Luzon Strait(LS) and then gradually decreases southward across the basin. The surface wind speed has a similar seasonal variation, but with different spatial distributions in most months of the year. Further analysis indicates that the observed SWH variations are dominated by swell. The wind sea height, however, is much smaller. It is the the largest in two regions southwest of Taiwan Island and southeast of Vietnam Coast during the northeasterly monsoon, while the largest in the central/southern SCS during the southwesterly monsoon. The extreme wave condition also experiences a significant seasonal variation. In most regions of the northern and central SCS, the maxima of the 99 th percentile SWH that are larger than the SWH theoretically calculated with the wind speed for the fully developed seas mainly appear in August–November, closely related to strong tropical cyclone activities.Compared with previous studies, it is also implied that the wave climate in the Pacific Ocean plays an important role in the wave climate variations in the SCS.     

基于南海水下滑翔机观测的业务预报系统温盐分析数据评估

利用2019年7月12日至9月20日“海翼”号水下滑翔机在南海北部的温盐观测数据,对3个海洋业务预报系统（法国Mercator Océan International的PSY4、美国HYCOM Consortium的GOFS3.1和中国国家海洋环境预报中心的CGOFS）的温盐分析数据进行了质量评估。结果表明,3个业务预报系统对温度和盐度都有较好的刻画能力。其中,PSY4系统的温度、盐度在所有评估点处的总体均方根误差分别为0.45℃、0.056,小于另外2个系统,是3个系统中最优的。从总体偏差来看,PSY4与CGOFS温度呈现暖偏差,而GOFS3.1温度呈现冷偏差;3个系统的盐度都呈现负偏差。均方根误差的垂向结构显示,温度均方根误差与偏差最大值出现在水深100 m附近,盐度最大值在水深50 m附近。以上结论为南海北部海域使用分析数据提供参考。此外,大气强迫场的降水量偏多可能导致了CGOFS系统8月的盐度值出现较大的均方根误差和较明显的负偏差,因此在数值预报时需更多地关注强迫场的选取。     

0903号台风对我国海上风力发电的影响

基于CCMP(cross-calibrated multi-platform)再分析风场数据,研究了0903号台风经过前后21天对我国东部5个海上风电场的影响。发现:风机的输出功率受其所处台风场的相对位置影响,台风北进过程中前沿(后沿)在2009年6月18—19(27—28)日使得风机输出功率显著增加,而6月22—23日,台风中心进入东海时, 5个站位风机输出功率最低。唐山市海港区S1站单机运营能力最低(64.3%)且额定容量最低(0);嘉兴市平湖县S4站单机运营能力最高(88.1%);南通市如东县S3站单机额定容量最大(13.1%)。0903号台风过境整个过程中,风速未超过风机的切出风速,对我国东部海洋风力发电场,提高了发电量。     

南海海面风、浪场的EOF分析

在气候分析中常常借助自然正交展开方法分析气象要素的时空分布特征,而对于海洋研究,由于过去观测手段的限制,很难获得较长时间序列和较大空间系列的观测资料,因此像气候分析中常用的经验正交函数(EOF)方法在海洋要素的分析中较少使用.卫星遥感技术的发展为海洋学研究提供了丰富的空间分布均一、时间序列较长的观测资料.本文根据TOPEX/Poseidon(T/P)卫星高度计获得的海面风、浪信息,利用气候分析中常用的EOF分析方法,分析了南海海面风、浪场的时空模态特征.这一分析结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考.     

南海北部沙波区海底强流的内波特征及其对沙波运动的影响

2008年3月6日至2008年4月9日, 在南海北部外陆架与陆坡上的沙波区进行了海底流速的连续观测,观测结果表明潮流与海流较弱,但时有流速达30—77cm.s-1的海底强流发生。强流方向与南海北部内波传播方向相对应,多分布在偏NW向与偏SE向。偏SE向流强于偏NW向流,与内波在传播方向上的下坡流大于上坡流的特征一致。对流速序列进行了旋转功率谱分析,结果表明,高于M2分潮的频率中,众多的振荡分量具有内波流性质,说明阵发性强流为内波所致。采用观测流速计算了沙波的移动速度,计算结果得出强流能起动海底泥沙,由于NW向传播（上坡方向）的内波导致了SE向（下坡方向）的净流动,沙波偏SE向移动,但沙波移动速度不大,小型沙波移动速度小于1.6m.a-1。采用潮流、风暴潮耦合模型计算了强台风驱动的海底流速过程,表明潮流、风暴潮耦合也能移动海底沙波,但沙波移动方向与台风路径相关,不一定为SE向,且移动距离更小,潮流、风暴潮耦合不是沙波移动的主要动力机制。     

南海灾害性波浪基本特征研究

本文基于1991-2016年全球卫星高度计融合数据对南海灾害性波浪基本特征进行了分析,根据灾害性波浪诱发天气类型不同,将其分为"台风浪"和"非台风浪"。依此主线,对两类波浪在南海不同海域的特征进行了研究,并提出了用于定量研究两类波浪强度关系的台风浪权重系数（W）,得到了两类波浪在南海相对强弱关系的分布规律,量化研究了南海灾害性波浪的特征。本文以卫星高度计波高数据为样本进行了极值分析,得到了南海重现期波浪要素整体分布规律,研究发现W值大小与广义极值曲线类型显著相关。     

基于SWAN模型的南中国海“莫拉菲”台风浪研究

我国的水运工程建设频繁受到台风浪的侵袭。为了对台风浪的防灾减灾提供有益帮助,本文基于第三代海浪模式SWAN建立了南中国海台风浪数值模型,并以“0906”号台风“莫拉菲”为例对模拟结果进行了分析。结果表明,台风风场与波浪场相似,即大小均由中心向外围递减,方向均为逆时针旋转;台风风场呈圆对称分布,而波浪场由于受到海底地形与岸线影响,呈现椭圆对称分布。有效波高等值线亦从中心向外围递减,且形状受地形与岸线影响较大。对台风浪组成机制的探讨结果显示风浪和涌浪均可组成台风浪,且海底地形与岸线(例如岛屿效应)亦对台风浪特性有所影响。     

3月份在南海生成的1201号强热带风暴“帕卡”的移动特征及成因分析

1949 ～2011年中国气象局台风年鉴资料统计结果表明,在南海生成的热带气旋,1、2月份仅在1965年出现1次,而3月份没有热带风暴强度级别以上的热带气旋生成,1201号强热带风暴“帕卡”是首个3月份在南海生成的强热带风暴,本文指出“帕卡”具有生成时间偏早、移动速度慢等显著特征,其平均移动速度仅为1.6 m/s.利用Nino 3.4区3月表层水温滑动平均资料、分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料、分辨率为1°×1°的NOAA OI表层水温资料,分析了“帕卡”生成原因,结果表明2011年秋冬季拉尼娜事件引起次年3月赤道西北太平洋及南海表层水温较多年平均偏高,其中南海中部表层水温较多年平均偏高0.5℃以上;3月份副高脊线偏北,弱冷空气南下产生的冷涌作为CISK的启动源;南海中南部上空对流活跃,跨赤道气流强劲;低层垂直风切小于5 m/s等有利因素促进了“帕卡”生成.分析结果为春季热带气旋的预报提供有意义的参考.     

南海土台风强度变化特征分析

南海土台风,是在南海局地形成的热带气旋的统称。本文选用1949—2014年CMA-STI 整编的“热带气旋最佳路径数据集”,对研究区域范围(5°～22.5°N、105°～120.5°E)的南海土台风强度及强度变化特征进行了探讨。结果表明:(1)南海土台风强度随时间的变化曲线呈近似对称的“漏斗状”,即强度从弱—强—弱的变化,在最大强度前后6 h时域内强度变化最显著,夏季台风强度变化比冬季快。(2)土台风强度存在1个增强中心,位于海南岛以东的南海北部近海区域,在中国华南沿岸陆区则减弱明显;台风增强/减弱区域随着季节变化而南北移动,夏季主要在北部近海/近岸区域18°~23°N附近,冬季随台风活动南移至10~18°N附近靠近西部近海/近岸区域,且冬季的平均减弱速率较夏季大。(3)东向移动的土台风最大强度一般比西向移动的强,其中夏季东移台风平均强度最大,冬季西移台风强度最小;夏季东移台风最大强度前后强度变化最快,冬季西移台风变化最慢;夏季西移台风强度分布呈北强南弱、东移台风强度呈东北向带状分布,冬季东、西移台风强度分布皆呈西强东弱,这种空间分布差异,主要是台风移动路径随季节变化而形成的。(4)海上活动时间的长短与台风最大强度的大小、变化幅度成正比。海上活动时间较短的台风,以西行路径为主,强度的分布较均匀,平均强度较弱,增强/减弱中心较多而小,增强/减弱速率较慢;反之,海上活动时间较长的台风,以东行路径居多,强度的分布呈多中心状,平均强度较强,增强/减弱中心较集中且广阔,增强/减弱速率较快。     

南海东部中尺度涡生成机制

利用高度计海面高度异常数据和非线性1½层约化重力模式研究了南海东部中尺度涡的生成机制。模式结果表明,南海内区风场是南海东部中尺度涡生成的主要驱动力,且南海内区高频风场能解释约54%的南海东部中尺度涡。从西太平洋传来的信号同样有十分重要的作用,由西太区域高频风场大致能解释南海东部40%的中尺度涡。风驱动的赤道附近的海面异常信号能经过锡布图通道和民都洛海峡传播到吕宋岛西海岸,其中有部分能量会以罗斯贝波的形式往西传播。这种信号在西传的过程中会发生不稳定,可能形成孤立的涡旋。     

南海海面风、浪场时空变化特征及其关系分析

利用长时间序列的卫星观测数据,对南海海域的风、浪场时空分布及其相互关系进行了分析。结果显示,海面风距平场VEOF分解后得到的第一模态具有明显的季节变化,即季风特征,说明季风是影响整个南海风速的主要因素;第二模态具有较强的区域变化特征,是季风转换时期的距平场特征;第三模态反映的是海面风距平场受陆地地形影响所表现的分布特征。有效波高距平场EOF分解后得到的第一模态、第二模态与风距平场的前2个模态的空间分布较为相似,并且,风、浪距平场第一模态间的相关系数达0.76,均说明南海作为边缘海其波浪场与风场变化有很好的相关性。有效波高第三模态的分布与风场的第三模态相关性较弱,反映的是受海底地形影响所表现的分布特征。     

南海盐致环流对台风降水的响应特征分析

本文采用多源卫星遥感数据通过统计分析的方法研究了17年间(2000—2016年)南海夏季(6—9月)台风对该海域降水、淡水通量的贡献及其可能导致的环流异常。主要结论如下: 1) 台风是南海中北部降水的重要影响因子, 可导致日平均降水量增加12mm, 约占南海夏季日平均降水(25mm·d ^-1)的一半, 且西北太平洋台风和南海“土台风”产生的降水分布存在显著的区域和强度差异; 2) 夏季, 南海由淡水通量引起的盐致环流表现为以海南岛东南部海域为中心的弱气旋式, 其流量量级约为-0.15Sv, 约占同期风生环流流量(约为-1.5Sv)的10%; 3) 夏季, 台风带来的降水使得南海中北部的气旋式盐致环流增强, 且西北太平洋台风降水导致的淡水通量变化引起的盐致环流强度要强于南海“土台风”。