南海北部东沙岛附近的内潮和余流特征

采用东沙岛附近的一个长达9个月的锚定潜标的观测资料对南海北部的正压潮、内潮和余流情况进行了分析,得到了当地正压潮和内潮的特征。此处正压潮流以全日潮为主,秋、冬季相对较大,春季相对较小;正压余流受海盆尺度环流和地形的限制,在潜标观测期间的秋、冬、春三季基本以偏西向的正压流为主。内潮同正压潮一样,也以全日分潮为主,潮流椭圆随水深发生旋转,在110—120m附近存在内潮非常弱的一层。斜压余流在2009年2—3月比较异常,这是由于在此其间有一个中尺度涡经过。对此潜标数据采用经验正交函数分解的方法进行分析,发现海流的各个主要EOF模态与内波的垂向模态结构有一定的关联。     

冬季南海北部中尺度涡旋的数值研究

南海环流的一个主要特征是上层海洋环流具有多涡结构,海洋中尺度涡旋的演变(时间上的生消和空间上的迁移)是南海环流季节调整的可能方式。文中依据卫星遥感海面高度资料和实际海洋观测所揭示的南海北部存在中尺度涡旋体系的基本事实,采用一个改进了涡分辨(eddy-resolving)普林斯顿海洋模式(POM),对冬季处于强盛的东北季风强迫以及黑潮在巴士海峡入侵的共同作用下的南海北部环流的中尺度涡旋体系进行了数值研究,初步再现了冬季南海北部中尺度涡的生命史。计算结果表明,在实际的气候冬季风应力驱动下,具有的实际侧边界地形的南海北部呈现有强烈的中尺度涡旋。文中探讨了中尺度涡的垂直结构、温盐场的配置以及大尺度水平辐合辐散、海洋垂直运动与之相关的时空结构。由此可以得知,在冬季南海北部中尺度涡旋生命史的不同阶段,上述动力学因子的重要性是相对的。不同的敏感性试验表明,斜压调整是形成冬季南海中尺度涡旋体系的决定性因子;边界的入流和风应力驱动是影响中尺度涡旋运动的主要因素。     

南海北部中尺度涡流预报及应用

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常(SLA)数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。     

挟带黑潮高盐水的中尺度涡在南海北部的时空特征

吕宋海峡处涡致输运显著影响南海北部的热盐平衡。本文利用1993—2018年间的AVISO卫星数据,识别和筛选了南海北部76个黑潮脱落反气旋涡、46个黑潮伴生气旋涡、29个南海局地反气旋涡和40个南海局地气旋涡。分析发现,四类涡旋的平均非线性系数均远大于1,证实了筛选涡旋具有黑潮高盐水输运能力。涡旋传播路径受南海北部地形影响,在西向传播过程中向西南向偏移。相较于气旋涡,反气旋涡形成之后向南海北部移动了更远的距离。涡旋多形成于吕宋海峡中部,而随着纬度的升高或降低,形成概率逐渐减小。脱落(伴生)涡旋多形成于秋冬两季而夏季最少,以反气旋涡居多,平均每月反气旋涡要比气旋涡多2.5个;年平均脱落(伴生)涡旋数目约为4.6,且气旋涡并不是每年都形成。整体上,El Ni?o事件通过影响黑潮路径而使得黑潮脱落或伴生的涡旋数目增多。     

黑潮入侵优化对南海北部中尺度涡旋模拟的影响

基于高分辨率海洋环流模式,通过比较吕宋海峡处地形优化后的黑潮入侵形态和强度不同的试验,我们研究了黑潮入侵优化后对南海中尺度涡模拟的影响。我们发现黑潮入侵的减弱导致了涡旋活动的减弱,这使得模式结果与观测结果更为相近。在这种情况下,模式模拟的吕宋海峡西部及北部陆坡区域的涡动动能明显减弱。模式涡动动能的减弱与模式反气旋式涡数量的减少和气旋式涡强度的减弱有关。涡动动能收支的分析进一步表明,黑潮入侵的优化将通过改变水平速度切变和温跃层斜率来改变涡动动能,而这两个参数分别与正压和斜压不稳定性有关。前者在模式涡动动能减弱中起着更为重要的作用,而黑潮入侵导致的涡动动能的水平输送对吕宋海峡西部区域的能量收支同样起着重要的作用。     

南海北部上层细尺度流速剪切的时间变化规律研究

基于2011年4月至2012年3月南海北部陆坡区潜标观测的高分辨率流速数据,本文研究了海洋上层细尺度流速剪切的时间变化特征及其演变规律。流速剪切的功率谱分析结果显示,南海北部上层的细尺度流速剪切主要受亚惯性运动、近惯性内波、全日内潮和半日内潮四种过程控制。其中,风生近惯性内波和中尺度涡旋所对应的亚惯性运动是造成上层流速剪切时间变化的主要原因,以往研究强调的全日和半日內潮的贡献则相对较弱。进一步分析发现,冬季中尺度暖涡能够极大地增强海洋上层的亚惯性剪切;夏、秋季南海活跃的台风所激发的近惯性内波能够造成近惯性剪切增强。另外,研究还发现,背景涡度对近惯性剪切具有重要的调制作用,即负涡度相较于正涡度更有利于近惯性剪切增强。该研究所揭示的流速剪切的时间变化规律及调控机制对改进海洋混合的参数化方案具有重要的参考价值。     

利用drifter资料分析南海北部涡旋特征

利用卫星跟踪的drifter表面漂流浮标轨迹资料,对南海北部的涡旋特征进行了时空分布统计分析,特别是卫星高度计资料无法分辨出的次级中尺度涡旋的特征,并初步分析了其动力机理。研究发现南海北部半径小于10km的次级涡旋要占所有涡旋的绝大部分,涡旋平均半径可达11.7km,反气旋涡数量与气旋涡数量之比约为2.6∶1。研究结果可为未来在南海布放drifter浮标提供技术参考。     

南海北部及巴士海峡附近的水团分析

为解释黑潮水进入南海的方式 ,通过对 2 0 0 2年 5月 2 9日～ 6月 6日在南海及巴士海峡附近太平洋海域观测所得的资料进行水团分析 ,以四边形水团定量分析方法得到各水团在海区内的分布状况 ,同时分析了温度、盐度、密度和溶解氧的分布 ,并对在相同深度层次上的南海水和黑潮水性质进行了比较。观测海域的水团分为表层水团 (SW ) ,次表层水团 (SSW ) ,中层水团 (IW )和深层水团 (DW ) ,分别处于 0～ 5 0m ,5 0～ 3 0 0m ,40 0～ 10 0 0m ,10 0 0m以深。黑潮水进入南海 ,但是势力较弱 ,未能越过 119.5°E深入南海。     

南海北部的春季流场季节内变异个例分析

在南海北部,与中尺度涡相关的季节内变异特征十分显著,通过比较不同时期流场的季节内变异特征,有助于揭示不同动力不稳定中尺度涡对季节内活动的影响。本文以南海北部2009年春季和2020年春季为例,分析了两个时期中尺度涡的动力不稳定性,从而探究季节内变异特征。基于潜标实测流速数据,本文进行了动能谱分析,结果显示这两个时期的流场季节内变异具有相似特征,显著周期分别为10～60 d和30～90 d。季节内信号主要出现在200 m以上的上表层水域,其中30～90 d的季节内流是对应观测期间的主要季节内成分。滞后回归分析和动力不稳定性的计算表明,2009年春季的季节内变异受移动快但强度弱的表层中尺度涡影响,动力不稳定性由斜压不稳定和正压不稳定共同调制;而2020年春季的季节内变异是受强斜压性的中尺度涡影响,通过流速垂向切变增强,从而较快地触发流场季节内变异的发生。本文研究结果有助于深入了解中尺度涡对南海北部季节内活动的影响机制,为海洋动力学和气候研究提供了重要的参考和理论基础。     

南海北部海洋雾状层特征及影响因素初步研究

在粤东上升流区和南海北部陆架陆坡区共选取7条断面,通过分析水体的温度、盐度、密度、浊度、叶绿素浓度特征和悬浮体现场粒度平均粒径、体积浓度特征等,初步研究了南海北部海洋雾状层的特征及其受控机制。研究发现粤东上升流区底部雾状层普遍发育,在个别站位存在表层雾状层,高能的近岸浪流作用和来自港湾、河流的泥沙为表层雾状层和底部雾状层提供物源;南海北部陆架陆坡区底部雾状层也普遍发育,在珠江口外的内陆架和外陆架陆坡区表层雾状层比较常见,陆坡区中层雾状层比较发育,本区雾状层的物源主要来自珠江和台湾岛西南部河流的入海泥沙、海底沉积物以及生源颗粒物。南海北部底部雾状层的强度和扩散范围主要受水动力条件、河流入海物质的扩散和底质再悬浮等控制。     

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。     

Mesoscale eddies in the South China Sea and their impact on temperature profiles

Some life history statistics of the mesoscale eddies of the South China Sea (SCS) derived from altimetry data will be further discussed according their different formation periods.A total of three ATLAS (autonomous temperature line acquisition system)mooring buoys data will be analyzed to discuss eddies‘ impact on temperature profiles.They identify that the intraseasonal variation of SCS thermocline is partly controlled by mesoscale eddies.     

南海东沙岛西南大陆坡内潮特征

2008年4月-10月,在南海东沙岛西南大陆坡底部布放了1套全剖面锚系,同时沿大陆坡底部布放了3套近底锚系,应用谱分析和调和分析方法分析温度和海流连续观测资料,进而研究该海域的内潮特征.结果表明,东沙岛西南大陆坡存在强内潮现象,大陆坡底部温度变化受到内潮波的影响,上层海洋存在强日潮周期的内潮波振动;正压潮和斜压潮均以O...     

Spatial-temporal variability of submesoscale currents in the South China Sea

Spatial and seasonal variabilities of submesoscale currents in the northeastern South China Sea are investigated by employing a numerical simulation with a horizontal resolution of 1km. The results suggest that submesoscale currents are widespread in the surface mixed layer mainly due to the mixed layer instabilities and frontogenesis. In horizontal, submesoscale currents are generally more active in the north than those in the south, since that active eddies, especially cyclonic eddies, mainly occur in the northern area. Specifically, submesoscale currents are highly intensified in the east of Dongsha Island and south of Taiwan Island. In temporal sense, submesoscale currents are more active in winter than those in summer, since the mixed layer is thicker and more unstable in the winter. The parameterization developed by Fox-Kemper et al. is examined in terms of vertical velocity, and the results suggest that it could reproduce the vertical velocity if mixed layer instability dominates there. This study improves our understanding of the submesoscale dynamics in the South China Sea.     

Characteristics and origins of middle Miocene mounds and channels in the northern South China Sea

Numerous elongated mounds and channels were found at the top of the middle Miocene strata using 2D/3D seismic data in the Liwan Sag of Zhujiang River Mouth Basin(ZRMB) and the Beijiao Sag of Qiongdongnan Basin(QDNB). They occur at intervals and are rarely revealed by drilling wells in the deepwater areas. Origins of the mounds and channels are controversial and poorly understood. Based on an integrated analysis of the seismic attribute, palaeotectonics and palaeogeography, and drilling well enco...     

南海北部中尺度涡与内波相遇的特征分析

基于2009年12月~2010年4月南海北部大陆坡上东沙岛以西的一套潜标资料,分析一个中尺度涡与内波相遇时海水温度的变化特征。根据潜标上的温压记录,利用功率谱分析,发现潜标布放处存在周期为20~30 min的内孤立波及全日和半日周期的内潮;结合海表面高度异常资料,描述此处一个中尺度涡的经过过程。利用天文潮大潮发生的时间规律,推断出中尺度涡与内波的相遇,从而解释了压力记录的异常变化。根据中尺度涡与内波各自引起的海流流向,分析在本次观测中两者相遇时的共同作用所引起的海水温度的垂向变化,即当两者引起的流向相反时,内波引起的日周期等温线波动由上凸型弧状变为下凹型弧状,短时震荡由向下振荡变化为向上振荡。     

南海海盆中尺度涡移动速度统计分析

基于1993-2017年卫星高度计数据得到的中尺度涡追踪产品,分析了1000 m以深南海海盆中尺度涡移动速度C的时空分布特征。结果表明,南海海盆气候态平均的中尺度涡纬向移动速度c_x均为西向,经向移动速度c_y在海盆西北侧为南向,东南侧为北向。c_y随经度的变化与背景经向流的变化一致,相关系数达0.96,而c_x的变化与背景纬向流和β效应有关。c_x和C存在明显季节变化,夏季最慢,冬季最快。年际变化上,c_x和c_y的大值多发生在太平洋年代际涛动（PDO）负位相期的La Nina年。中尺度涡在其生命周期的开始和结束阶段（即生成和耗散阶段）移速较快,而在稳定的“中期”阶段移动缓慢。该趋势与涡旋转速呈反相关,相关系数为-0.93。以移速小于1.5 cm/s和大于15.4 cm/s定义的极慢和极快涡旋,分别占总涡旋数量的1.5%和1.9%。移速极慢的涡多出现在海盆的中部,且主要发生在夏季;移速极快的涡多出现在海盆的边缘,且主要发生在冬季。机制分析显示,南海海盆中尺度涡移动速度的时空分布受到大尺度背景流场调制。     

南海一个罗斯贝标准模态的特征与归因

南海是一个准封闭海盆,其本征值问题是理解南海动力学的重要内容。本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换,从卫星观测资料中分离得到一个南海本征模态,即罗斯贝标准模态的近似场。发现该模态的周期为6个月左右、波长近250 km,在深水海盆向西传播,这与寿命为3个月左右的南海中尺度涡群体活动特征相一致。在此基础上,本文通过Liang-Kleeman信息流这一严格建立在第一性原理上的定量因果分析工具,探究南海两个最重要外部强迫,即黑潮入侵与南海季风对该罗斯贝标准模态的影响。结果表明二者与该模态均有较强因果关系,但分别影响模态的不同阶段：黑潮入侵主要影响其1/2π和3/2π位相,季风的作用则体现在3/4π位相。二者共同作用,调制该模态在近一个周期内的变化。进一步研究发现,黑潮入侵的过渡态是影响该模态的关键,这时黑潮在南海的分支与流套强度相当,有利于吕宋海峡西部形成不同极性涡旋的排列,从而影响南海内部罗斯贝标准模态。对南海季风而言,冬季风与夏季风的成熟阶段是影响该模态的重要时期,但并非整个南海的季风都发挥作用,泰国湾是季风改变南海罗斯贝标准模态的关键区域,这表明局地的强迫对激发全局模态起作用。     

基于CORA2再分析数据的南海中尺度涡时空分布特征初步研究

利用南海20 a逐日海流再分析资料对南海海域中尺度涡进行时空特征分析。经过数据处理、涡漩识别、统计分析等方法,对南海海域中尺度涡空间分布、时间分布、生命周期、空间尺度、移动路径、移动速度、影响频率等特征进行分析,对南海中尺度涡进行全面详细的解读。研究发现:涡旋出现位置跟南海200 m等深线较一致。大部分涡旋周期都集中在30 d以内,直径大都在100~300 km,主要向西南方向移动,速率在15~20 cm/s的涡旋比例最高。反气旋式中尺度涡影响频率要大于气旋式中尺度涡的影响频率,主要影响区域大致在200 m等深线以内海域。