南海东北部上层海洋对台风“莲花”的响应

台风过境会引起所经海域海洋环境要素场剧烈响应。本文通过分析南海东北部上层海域各要素对2015年第10号台风"莲花"的响应过程,发现以下规律:台风过境期间,海表温度(SST)影响台风的移动路径和强度,两次显著的台风移动方向偏转均发生在台风下垫面温度发生显著改变的条件下。台风吸收海表热量引起SST降低0～1.5℃,而这种热量(以短波辐射和潜热通量为主的海表净热通量)吸收引起的海表失热每秒可达60 W/m2,对台风移动过程产生影响。同时,台风过境时(7月6—9日)的SST降低与失热变化都存在一定的"左偏性"。台风引起的Ekman抽吸速率最高可达1.6×10-3m/s,引起台风过后(7月9日之后) SST的降低。通过对海面10 m风场、海表温度、降雨量进行EOF分析发现:风场在南海东北部海域呈东西反位相分布,风场增强持续时间约5天,具有显著"右偏性"且近岸的局部风场特征明显;降雨量在台风期间呈全域一致性的增加,持续时长约4天,具有显著"左偏性"且在吕宋岛北部局部降雨特征明显;SST在南海东北部绝大部分海域呈降温态势,时长超过8天,降温时间滞后风场约2～3天。整个降温过程(7月5—15日)受Ekman抽吸作用较海表失热作用更大,表现为在台风右侧降温更为显著。同时,台风移动速度越慢,降温效果越明显。台风过境时,粤东离岸流显著增强,上升流区的垂直温度降幅可达2.5℃且滞后流场响应约1～2天;垂直盐度降幅可达1.3 psu且滞后流场响应约2～3天。总体上看,温度在台风响应过程中起着重要的联结作用。     

台风对海洋叶绿素a浓度影响的定量遥感初探

研究台风对海洋水色环境的影响,是目前海洋遥感技术又一应用领域。由于台风期间天气恶劣,遥感资料较少,国际上主要针对个别典型台风,研究其对海表温度、海洋叶绿素a浓度及初级生产力的影响,很少通过遥感资料系统地对这一影响进行定量分析和建模。自2000到2007年,过境中国近海以及西北太平洋海域台风近百次,作者通过系统地分析这期间MODIS,SeaWiFS的3A级叶绿素a浓度数据,结果发现:(1)台风促进了相应海域叶绿素a浓度的大幅增长,总体上平均增长约1.426倍,个别区域在5倍以上,同时,该增长一般延后3~6d,在7~10d后恢复到原来的水平;(2)进一步对这些数据进行一元统计线性回归,发现叶绿素a浓度增长比(R_chl-a)与台风影响因子(Tsub>w)满足如下关系:R_chl-a=0.0012Tsub>w+1.017,其相关系数达0.8;(3)台风期间叶绿素a浓度与无台风时叶绿素a浓度之间有很强的线性关系,其关系满足:C_chl-a=1.2367C_0chl-a+0.0636,且相关系数高达0.98。这一初步研究结果对进一步通过遥感手段深入研究台风对海洋水色环境的影响有借鉴意义。     

台风对海洋叶绿素a浓度影响的延迟效应

利用MODIS、SeaWiFS 3A资料详细分析了2000-2006年间西北太平洋海域主要台风对叶绿素a浓度的影响.结果发现,台风可导致叶绿素a浓度最大增长平均值为2.385倍,个别最高达10倍以上,且增长到最大值平均延迟5.94d;同时叶绿素a浓度最大值与无台风时叶绿素a浓度具有线性相关性,相关系数达0.889;叶绿素a浓度与相应的海域平均海水深度具有负的乘幂关系,其相关系数是0.87;台风后叶绿素a浓度的最大增长量与相应海域海水平均深度也呈负乘幂关系,其相关性略低于前者,相关系数为0.75.     

赤道海洋对罕见台风“画眉”的响应

利用GHRSST L4、QuikSCAT、OAFLUX以及SeaWiFS L3资料分析了近赤道罕见台风"画眉"生成前后海表温度SST及其感热通量、潜热通量和叶绿素a浓度的变化。在台风"画眉"生成之前,中南半岛沿岸海表平均温度较其他区域低,并且在南海盛行东北风,在台风生成区有一明显的气旋性涡旋存在。南海北部地区潜热通量和感热通量均较大,而在台风的生成区域仅感热通量较大。台风"画眉"使其路径右侧的区域发生海表温度降低,相对于其他强度较强的台风降温较小,海表温度在马来半岛以东洋面以及马六甲海峡降低明显,降低约2—2.5℃。与高纬度的台风类似,台风"画眉"使中南半岛沿岸以及马来半岛与苏门答腊岛之间的地区叶绿素a浓度相对于台风前增大0.6 mg.m 3以上。     

南海北部海域叶绿素a浓度时空特征遥感分析

利用2007-2010年MODIS的L2级叶绿素a浓度产品作为数据基础, 对叶绿素a浓度年平均和月平均数据进行分级分区处理, 研究南海北部海域叶绿素a浓度时空分布特征及其与海洋环境因素的关系。初步研究结果表明:2007-2010年在南海北部海域叶绿素a浓度的高值区(>5.0 mg/m3)主要分布在广东省沿岸河流的入海口, 分布范围在夏季最大, 在春秋次之, 在冬季最小;叶绿素a浓度的次高值区(1.0～5.0 mg/m3)主要分布在海岸线到50 m等深线之间的海域, 分布范围夏冬较大, 能扩展到50 m等深线附近, 而春秋较小, 会退缩到50 m等深线以内;叶绿素a浓度的中值区(0.3～1.0 mg/m3)主要分布在50 m到100 m等深线之间的海域, 时空变化复杂;叶绿素a浓度的低值区(<0.3 mg/m3)主要分布在100 m等深线以外的海域, 其区域平均值夏季最低, 春秋次之, 冬季最高, 同时该区域叶绿素a浓度在春夏秋三季空间分布较均匀, 而冬季受季风和黑潮入侵影响空间分布较为复杂。南海北部海域海表叶绿素a浓度的时空变化特征与季风、沿岸河流、海流、海表温度等海洋环境因素的变化有关。     

南海北部水体叶绿素a浓度反演的生物光学模型

利用2003年至2005年秋季在南海多个航次的现场观测数据,研究了南海北部海区遥感反射率的变化,并分析了用于全球海洋叶绿素a浓度反演的OC2和OC4模型在本海区的适用性。结果表明,在南海北部海域,OC2和OC4模型高估了叶绿素a浓度,高估范围一般约在80%—200%之间,其中最高可达640%,即OC2和OC4模型并不适用于南海海域。在此基础上,根据现场实测的表观光学数据,利用遥感反射率比值(Rrs(433)/Rrs(555))与叶绿素a浓度的关系建立了两套能够精确反演南海北部海域叶绿素a浓度的本地化经验算法———算法1和算法2,并利用其对南海北部海域的叶绿素a浓度进行反演。结果表明,由本地化模型反演得到的叶绿素a浓度与实测的叶绿素a浓度具有较好的相关关系,其平均相对偏差分别为51%和53%,相关系数为0.75。     

南海叶绿素浓度的时空变化特征分析

运用经验正交函数(EOF)分解方法,分析了 SeaWiFS传感器获取的近13年的逐月叶绿素浓度资料,得出南海叶绿素浓度的空间分布形态及其随时间的变化特征.结果显示,南海叶绿素浓度在空间上主要表现为4种典型的分布结构,而时间上以季节变化为主:EOF1呈现了南海叶绿素浓度近海高、海盆区低的基本分布特征;EOF2显示出夏季越南沿岸激流形叶绿素浓度高值带的存在,除显著的季节变化外,其时间序列也表现出明显的年际变化特征,并与ENSO事件关系紧密;EOF3体现了南海叶绿素浓度随东北季风加强而升高的现象,其高值区分布于东北-西南向的海盆主轴以北,并在吕宋岛西北海域形成一个极大值中心;另外, EOF4反映了叶绿素浓度较短时间尺度的变化规律,在空间分布上表现为明显的三涡结构,与南海海面高度的三涡结构有极好的对应关系.     

黑潮源区及其邻近海域叶绿素a浓度的季节分布

2001年冬季、2002年春季和秋季在琉球群岛、台湾岛和吕宋岛以东的西北太平洋黑潮源区及其邻近海域观测叶绿素a浓度季节分布及其粒级结构。结果表明,冬季表层平均叶绿素a浓度高于春季和秋季,台湾岛及以北岛链东南部的北部测区叶绿素a浓度高于巴士海峡及吕宋岛以东的南部海区。叶绿素a垂直分布呈真光层内随垂直深度增加而浓度增大,真光层下至水深200m随垂直深度增加而浓度降低的分布趋势。春季和秋季叶绿素a浓度粒级结构表明,微微型光合浮游生物(Pico级份)对总叶绿素a的贡献占优势,微型(Nano级份)次之,小型(Micro级份)所占比例最小。表层水光合浮游植物细胞丰度在(1.3~13.5)×103cells/dm3,以小粒径的硅藻占优势。呈现出微微型光合浮游生物在观测海区的重要性。     

南海西北部夏季叶绿素a浓度的分布特征及其对海洋环境的响应

南海生态动力学过程复杂,尤其是夏季,在东南季风的影响下,南海西部的上升流、西北部东北向的离岸流对该海区乃至整个南海生态动力学过程都有重要的影响。根据1999—2003年的SeaW-iFS卫星遥感叶绿素a浓度数据,结合2004年在南海北部海洋观测航次实测的叶绿素a浓度数据,分析了南海西北部夏季叶绿素a的分布特征;同时根据海表温度、风场、海面高度等卫星遥感历史资料,探讨了叶绿素a浓度的分布及其对环境因子的响应。结果表明,南海西北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度的分布有显著的空间变化:在西部半径达500km低温、强风的半圆形海域范围叶绿素a浓度较高(>0.15mg.m-3),其中位于越南金兰湾东北部有一叶绿素a浓度更高的激流形带(>0.2mg.m-3);而在南海东北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度明显偏低(<0.12mg.m-3)。叶绿素a的这种空间分布特征同季风等海洋环境因素之间有密切的关系。对比实测叶绿素a浓度显示,遥感叶绿素a浓度同实测叶绿素a浓度有很好的一致性。     

渤海叶绿素 a 浓度与环境因素的响应关系研究

基于 2003－2018 年的遥感反演和再分析数据, 分别在时域和频域上分析了渤海海表面温度、光合有效辐射、气溶 胶厚度、风速与叶绿素 a 浓度之间的响应关系。通过傅里叶变换在频域上得到各因素之间的相关性系数, 其显著高于直接在 时域上计算得到的相关性系数, 表明由于相位差的影响, 直接在时域进行相关性分析很可能会低估各因素之间的相关性。傅 里叶变换后的频谱图显示, 叶绿素 a 浓度存在一年、半年、4 个月与季节周期; 风速与气溶胶厚度存在明显的一年和半年周 期; 海表面温度和光合有效辐射具有明显的一年周期, 半年周期较其他几个因素不明显。交叉谱分析的结果表明： 叶绿素 a 浓度和所选的环境因子都在一年周期下具有最大的交叉振幅, 表明在此频率下响应最大; 风速、气溶胶厚度、光合有效辐射 分别超前于叶绿素 a 浓度约 5.0 个月、0.2 个月、0.2 个月, 海表面温度则滞后 1.9 个月。各环境因子之间相互关联, 共同影 响叶绿素 a 浓度的时间分布。     

南海东北部夏季叶绿素a浓度垂向变化特征及其对水动力过程的响应*

叶绿素a浓度是估算海洋初级生产力的一个重要参数, 在海洋中垂向分布极不均匀, 其分布特征及影响机制是海洋生态学研究的重要基础问题。利用海洋光学观测的高垂向分辨率剖面数据, 系统地研究叶绿素a浓度垂向剖面的时空分布特征及其与海洋动力环境要素的关系, 可为揭示南海典型动力过程的生态环境效应提供重要基础。文章基于2015年夏季黑潮调查航次实测生物光学剖面, 利用676nm处吸收基线高度(a_LH(676))与叶绿素a浓度(Chla)之间的关系, 建立了具有较高反演精度的叶绿素a浓度反演算法(Chla=49.96×(a_LH(676))^0.9339, 决定系数R²=0.87和均方根误差RMSE=0.16mg·m^-3); 进一步结合观测期间物理过程, 揭示了叶绿素垂向分布对不同水动力过程的响应特征。研究结果表明, 近岸区域表层叶绿素a浓度变化范围为0.42~1.57mg·m^-3, 随着水深增加, 叶绿素a浓度逐渐降低, 在沿岸上升流影响区域, 叶绿素a浓度明显增高, 垂向上相对趋于均一分布; 次表层叶绿素极大值(Subsurface Chlorophyll Maximum, SCM)现象在外海显著存在, 受中尺度过程影响明显, SCM深度在34m到100m之间变化, 在吕宋岛以西海域, 黑潮入侵加速了上层水体的混合, SCM所在水层被显著抬升至34m左右; 在冷涡影响区域, 次表层叶绿素极大值层被抬升, 涡旋中心比涡旋边缘抬升更为显著, 同时SCM的厚度增大。     

1822号台风“山竹”引起浙江东北部大暴雨成因分析

利用自动站资料、卫星云图以及NCEP再分析资料等,分析了1822号台风"山竹"登陆广东期间浙江东北部出现大暴雨的成因。结果表明:强降水发生在台风"山竹"登陆广东后减弱过程期间,伴有中尺度对流系统的发展,是由副热带高压、台风倒槽以及弱冷空气先后影响共同造成的;当对流不稳定时,与暖湿气流相关的湿位涡水平分量发展可触发垂直涡度的增长,使暴雨过程加强;强降水常发生在能量锋区附近,能量场的位置和梯度大小对此次强降水预报有12 h左右的提前量;来自台风东侧低层强的水汽输入和水汽辐合提供了本次强降水的水汽条件,水汽通量分布和水汽通量散度的增减相比雨量的增减有6 h左右的提前。     

台风“利奇马”对东中国海表层悬浮物浓度变化的影响

台风过程可使海洋悬浮物浓度的分布在短时间内发生极大变化,并影响海洋生态环境以及海洋资源的分布。受台风期间海洋观测数据的限制,台风过程对海洋悬浮物浓度的影响尚不明确。本文利用GOCI （Geostationary Ocean Color Imager,GOCI）卫星遥感数据,以2019年8月台风“利奇马”为例,对其过境前后东中国海表层悬浮物浓度的时空变化进行了定量研究。结果表明,台风“利奇马”对闽浙沿岸的影响程度最大,使悬浮物质量浓度中高值（≥5 mg/L）覆盖面积和浓度平均值分别增大92%和62%,影响持续时间为4 d;对长江口附近海域的影响程度次之,使悬浮物浓度中高值覆盖面积和浓度平均值分别增大19%和17%,影响持续时间为3 d;对苏北浅滩的影响程度最小,悬浮物质量浓度中高值覆盖面积变化不大,但浓度平均值增大了30%,影响持续时间为4 d。研究结果表明卫星遥感数据可以量化台风过程对东中国海表层悬浮物浓度的影响,弥补极端天气条件下无法进行现场观测的不足。     

南海东北部基于标准经验算法的遥感叶绿素a反演结果比较分析

比较了2000年夏季邻近珠江口的南海东北部海区海洋水色传感器SeaWiFS遥感与走航叶绿素a(Chla)的分布,着重对比在运用Ruddick的浑浊水体大气校正方法的条件下OC2,OC4和OCTSC的3种标准经验算法反演的SeaWiFS遥感Chla与实测Chla偏离的相对程度。结果表明,3种产品都能够反映Chla从近岸向远岸降低的空间分布特征,但从近岸到远岸划分3个子区域分别对遥感与走航Chla求均值比较的结果表明。OC4产品偏离实测Chla分布的程度明显小于其他2种产品。此外3种产品的Chla频率分布差异显著。这一结果可以为选择适用于该海域海洋环境变动研究的SeaWiFS Chla标准产品提供参考。     

台湾海峡北部冬季水文特性对叶绿素a分布变化的作用

营养盐是限制浮游植物生长的主要因素之一 ,但在冬季 ,温度也是浮游植物生长繁殖的控制因素。台湾海峡北部的水文情况复杂 ,低温低盐高营养盐的沿岸水与来自台湾海峡南部的高温高盐低营养盐水相互消长［１］,必定影响海区内营养物质及温度的分布及变化 ,这势必对海区浮游植物的生长及叶绿素ａ的分布和变化起到重要的控制作用。本文根据１９９８年２月在台湾海峡北部的调查资料 ,研究了海区内重要水文特征对于叶绿素ａ分布变化的作用。１材料与方法１９９８年２月 ,福建海洋研究所与厦门大学联合在台湾海峡北部进行了综合性海洋调查。观测站…     

黄海对台风“利奇马”响应的观测研究

2019年8月台风"利奇马"经过黄海海域,对海洋环境产生重要影响,本文利用QF103和QF111浮标观测资料分析了黄海海洋对台风的响应。结果表明:受台风影响,海面温度明显下降,海面水温降幅可达5℃;海面生态要素响应明显,海洋表层盐度、叶绿素a质量浓度(简称叶绿素a浓度)、溶解氧质量浓度(简称溶解氧浓度)均有明显升高,盐度升高约0.6,叶绿素a浓度的最大值可达1.4 mg/m³,溶解氧浓度最大值超过7.9mg/L。台风过境时的强风应力使表层流速明显增强,台风对海洋表层流的能量输入使得近惯性频带能量大幅增加,台风激发的近惯性流速最大振幅为0.15m/s,在垂直方向上具有第一斜压模态的特征;在黄海海域近惯性振荡衰减的时间尺度约为2.2 d。     

沙尘传输路径和沉降量对南黄海叶绿素a浓度的影响

黄海是亚洲沙尘暴频繁侵袭的地区,沉降的沙尘可以为该海域的浮游植物提供营养盐,促进该海域浮游植物的生长,从而对该海域的初级生产力以及碳存储等产生影响。本文利用Himawari-8卫星遥感数据,结合WRF-Chem和HYSPLIT模式,研究了2018年3月20日～4月13日期间四次沙尘事件的传输过程及其对南黄海中心(SYC)海域叶绿素a浓度的影响。结果表明,研究期内沙尘气溶胶从蒙古戈壁经过不同的传输路径到达SYC海域,在沙尘沉降事件发生后的2～8 d,SYC海域的叶绿素a浓度出现了不同程度的增加,且其峰值均超过了藻华阈值(2.15 mg·m~(-3)),有些甚至高达11.6 mg·m~(-3)。相比传输路径,叶绿素a浓度的变化受沙尘沉降量的影响更大。多数情况下,在一次沙尘过程中,SYC海域的沙尘沉降量越多,叶绿素a浓度的增长幅度越大;单日沉降量越大,叶绿素a浓度变化的响应时间越短。     

空间变异对海洋叶绿素a质量浓度遥感产品精度验证的影响

海洋叶绿素a质量浓度遥感产品是海洋初级生产力与海洋生态系统固碳能力研究的重要数据源,为了保证数据的可靠性,对遥感产品进行精度验证以及验证误差的成因分析尤为重要.遥感产品的验证过程中,由于空间变异的存在,使得遥感像元尺度内的实测数据具有不同的离散程度和统计分布特征,并由此产生了不同的误差统计结果.本文选择MODIS-Aq...     

台风“巴蓬”对南海上层海洋水文特征与生态环境的影响

研究台风过境影响下海洋生态环境的变化是系统认识强天气过程下海洋响应问题的重要内容,对于防灾减灾、远洋运输等具有积极的意义。基于混合坐标海洋环流模式（Hybrid Coordinate Ocean Model, HYCOM）数据,结合Aqua卫星搭载的中分辨率成像光谱仪（MODIS）传感器数据,研究了慢速移动的台风“巴蓬”（1929号）过境对南海海表温度、叶绿素浓度以及水体垂向温盐结构和流场特征的影响。结果显示,台风“巴蓬”过境期间,波高由3 m增加至9 m,海表流速由0.3 m/s增加至0.7 m/s,台风周围最大流速甚至超过1.8 m/s;台风过境后,海表温度由原25.8 ℃下降至24.9 ℃。在台风影响下,水体垂向混合增加,混合层深度增加近15 m,从23 m到38 m。混合层内上部温度降低、盐度略微增加,下部温度升高、盐度降低;上层水体流速增加,方向偏转近90°,流速变化幅度由表及底逐渐减小。台风过境后3天内,由于温度降低、光照减弱,并且垂向混合增强补充的营养盐仍未被浮游植物充分利用,因此,叶绿素浓度并未快速升高,而是呈现短期内浓度微增的现象。     

“百合”台风对海表温度及水色环境影响的遥感分析

利用SeaWiFS及NOAA卫星资料,基于均值合成算法,分析了"百合"台风对海表温度(SST)、海表叶绿素a浓度及海水透明度的影响,结果表明,整个研究海域(22°～30°N、121°～131°E)的平均SST从台风前的25.48℃下降到22.45℃,平均下降幅度为12.95%.在台风盘旋的中心区域(26°～28°N、123°～127°E),SST平均下降了5.40℃,下降幅度达21.20%,SST下降最大的是9月14日,整个研究海域平均SST仅为13.48℃.整个研究海域海表叶绿素a浓度在台风期间有较大的增加,从台风前的0.425 mg/m3(平均值)上升到0.537 mg/m3,平均增长26.35%.除浙江近海外,台风核心区域海表叶绿素a浓度增幅最大,达1.695倍,表明台风风力越强,台风停留时间越长,对海表叶绿素a浓度增加的贡献就越大.这一增加有利于海洋生物的生长,有利于提高初级生产力和改善海洋生态环境.在"百合"台风期间,海水透明度却有一定程度的降低,从台风前的16.84 m(平均值)下降至台风后的12.67 m,平均降幅为24.76%,降幅最大的是24°～26°N、125°～127°E区块,平均下降了7.96 m,降幅高达47.6%;总体上台风核心区域南部的海水透明度降幅大于区域北部,台风核心区域东南部的海表叶绿素a浓度增幅大于区域东北部.同时,对整个研究海域分割成2°×2°大小的区块,以每个区块的海表叶绿素a浓度、SST和海水透明度的均值代表该区块的值,对台风前、后海表叶绿素a浓度、SST和海水透明度的变化进行相关性分析,发现海表叶绿素a浓度的变化与SST和海水透明度均呈负相关性,且台风期间海表叶绿素a浓度增加的百分比与相应区块海水透明度下降的百分比之间的相关系数达0.821.