大洋细结构的一种可能的机制Ⅲ.对混合过程动能耗散的估计

继第部分之后研究了惯性内波和近惯性内波由f～的作用所致的剪切不稳定引起的破碎机制。物理上,该机制很象存在由风应力所致薄表面涡旋漂流层时表面波的破碎与饱和过程。惯性内波和近惯性内波的破碎产物与小尺度湍流一起形成了混合块,它与Gregg等人(1986)的持久混合观测结果一致。依据Thorpe(1973)实验的结果作者提出了一个估计湍流动能耗散率和消衰时间的方法。结果表明,在剪切不稳定中近惯性内波在湍动耗散中起了关键作用,而惯性内波引起非常弱的湍动耗散。使用内波能量谱的标准总能量密度估计出的近惯性内波的耗散率和消衰时间与PATCHEX测量结果非常一致。文中还讨论了几个与此破碎机制有关的问题。     

南海北部陆架区内波的演变与耗散机制

海洋是多尺度强迫-耗散系统,机械能主要在大尺度输入,在小尺度耗散。在大、中尺度运动的能量向小尺度湍流传递过程中,内波扮演着重要角色。内波的生成和破碎可打破海洋动力平衡,而在陆架区,内波（主要是内孤立波）的浅化演变与耗散则是驱动湍流混合的关键过程。通过长期的理论、观测与数值模拟研究,目前已认识到内波浅化过程中主要发生如下演变：波形调制、极性转变、裂变、破碎与耗散。相较于直接发生破碎,浅化演变过程中的裂变及其引发的剪切不稳定和对流不稳定是内孤立波在陆架区的主要耗散机制,显著调制陆架区的跃层混合。从能量串级的角度讲,内孤立波浅化裂变为动力不稳定的高频内波是潮能串级的重要通道。本文简要回顾南海北部陆架区内波的研究历史,并着重总结内波在陆架区演变与耗散机制的研究进展。     

基于水下滑翔机的湍流观测平台研究

海洋湍流混合过程对大洋热盐环流具有重要调控作用,因此海洋湍流混合特征量如湍动能耗散率等物理量的定量刻画,主要通过现场湍流观测来实现。为满足长期连续海洋湍流混合观测资料的迫切需求及打破国外的技术封锁,自行研制了基于水下滑翔机的湍流观测仪。为了测试滑翔机在小尺度湍流观测方面的可行性,将一个携带有剪切探头的湍流仪安装在滑翔机本体上,并在千岛湖进行了一系列的实验。滑翔机平台的主要噪声来源于浮力调节机构中的油泵,油泵会在接近剖面的底端时开启。三轴加速度谱在30 Hz左右有明显的谱峰,说明滑翔机油泵的振动频率应该是在30 Hz左右,在其他频率点上振动较小。由剖面下潜过程(开泵)的波数谱可知,开泵时虽然对湍流观测有影响,但是振动频率在波数空间中处于无效观测谱一侧,由此说明平台的振动对剪切信号影响很小。剪切探头测得的耗散率在10-7 W/kg量级上,且都与Nasymth理论谱吻合良好,验证了滑翔机在小尺度湍流观测方面的可行性。     

基于卫星海面高度资料的太平洋海区涡旋能谱分析

在空间均匀和各向同性的假定下,地转湍流理论认为涡旋动能随尺度分布遵循k–n定律(k为波数)。但实际海洋受边界、地形、层结等,具有明显的非均匀、各向异性特征。鉴于此,我们基于近30a卫星高度计资料,分别计算了热带、副热带、中高纬度等海洋涡旋强度不同区域的海面高度异常(SSHA)波数谱,进而利用线性回归拟合方法估算出中尺度波段上SSHA波数谱的斜率,并与地转湍流理论预测进行了对比。研究结果显示:SSHA波数谱从赤道到中高纬度逐渐变陡,其斜率由–4减到–5,基本符合赤道线性波动理论和准地转湍流理论的预测。SSHA波数谱斜率存在纬向与经向差异,例如在赤道地区,纬向谱比相应的经向谱陡;而在南极绕极流区域,经向谱斜率大于纬向谱斜率。SSHA波数谱斜率的各向异性表明海洋中尺度运动受β效应影响,具有明显的经向和纬向差异。以上结果表明,海洋中尺度运动介于准二维和三维之间,不能用一个全球普适的湍流理论模型来描述。     

利用高分辨率水体反射地震资料研究吕宋海峡以东黑潮区混合

混合过程是海洋中普遍存在的一种形式, 对气候变化、物质分布等起到了重要作用。地震海洋学是近十多年发展起来的一门新兴学科, 被广泛应用到物理海洋学问题的研究中, 具有高空间分辨率的突出优点。文章利用反射地震资料, 通过斜率谱方法, 分别获得了吕宋海峡以东黑潮区湍流段与内波段的耗散率及扩散率。结果显示, 在剖面深度200~800m的平均耗散率为10 ^-7.0W·kg ^-1, 平均扩散率为10 ^-3.3m ²·s ^-1, 比大洋统计均值10 ^-5.0m ²·s ^-1高约1~2个量级, 与前人在吕宋海峡的观测结果相一致。湍流段和内波段的扩散率空间分布差异较大: 湍流段扩散率高值区对应强流区域, 推测这里是中尺度涡边缘, 其次中尺度不稳定过程引起扰动增强, 进而引起湍流混合的加强; 内波段扩散率高值区出现在吕宋岛弧附近, 推测是内波遇到岛弧地形发生破碎, 进而引起强的内波混合。     

大洋细结构的一种可能的机制 Ⅱ.剪切和拉伸(英文)

研究了Ｓ、ＳＩ和ＳＦ场的剪切谱、拉伸谱、拉伸对剪切之比以及Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ函数。发现剪切和拉伸谱在铅直波数βｃ处（约为０．１ｃｐｍ）出现由ｆ～引起的不稳定性。这些结果与ＰＡＴＣＨＥＸ等观测资料的比较进一步支持在部分Ⅰ中提出的推测。分析旋转向量水平分量（ｆ～）沿着内波（尤其是惯性内波）的一个等势密度面的作用,提出了一种产生大洋细结构的可能物理机制。它有些类似于表面波动力学中的风生漂流机制。     

基于舟山外海连续测站的湍混合研究

利用2010年4月3日在舟山外海观测的25hLADCP海流数据与CTD连续观测数据,综合利用Thorpe方法、功率谱分析、交叉谱分析等方法对测站所在海域的小尺度湍混合参数进行估计,分析并讨论了其时空分布特征及影响因子。研究结果表明,上混合层湍流所致的垂向翻转尺度普遍大于下混合层,较大尺度翻转均出现在潮位峰值附近,涨潮时段混合明显大于落潮时段且半日周期,1/4周期显著。该站点存在明显的"上强下弱"双密度跃层现象,湍动能耗散率、湍混合率也呈现出"表强底弱"特征。弱跃层中近惯性频率的内波和近半日潮频率的内潮信号最为显著,而强跃层中则是高频内波和近半日潮频率的内潮信号明显,上下跃层及其之间伴有间歇性强湍流发生。上混合层平均的湍混合对风应力的响应要快于对海流的响应,底应力是下混合层水体湍混合的重要因子。     

表面波破碎泡径谱的理论研究

采用新的无量纲变量组合推导出波浪破碎形成的气泡总数与气体体积卷入率、湍流能谱密度以及表面张力之间的关系;利用观测结果提出两点假设,并据此将泡径谱N(a)推广为随泡径和深度的分布函数N(a,z)。     

基于数值模式评估细尺度参数化方案在南大洋背风波生成源地的适用性

验证基于GM(Garret-Munk)大洋内波普适谱的细尺度参数化方案在不同海域的适用性,对于湍流混合研究来说非常重要。包含背景GM内波场的高分辨率数值模式被用于评估细尺度参数化方案在背风波生成源地处的适用性。细尺度参数化方案主要包括基于剪切的G89 (Gregg 1989)方案、基于应变的W93 (Wijesekera 1993)方案、基于剪切和应变的GHP (Gregg-Henyey-Polzin)方案以及对GHP方案中的频率矫正项作出变换的IH (Ijichi-Hibiya)方案。计算结果显示,背风波的生成伴随着海底上方近惯性内波的增强,使得内波场的动能与势能的比值相较于GM内波场偏大。在这种情况下,基于剪切的G89方案会因为高估内波场的总能量而高估耗散率。反之,基于应变的W93方案会因为低估内波场的总能量而低估耗散率。计算结果还显示,已经考虑了内波谱变形的GHP方案仍然会高估耗散率,但IH方案能比较准确地估算耗散率。     

夏季长江河口层化与湍流混合特征分析

利用2016年夏季长江河口现场水文特性与湍流微结构观测资料, 分析了长江河口水体温盐结构、层化发育、湍流与混合特征。结果表明: 1)夏季长江河口水体密度层化结构明显, 根据各层水体密度梯度差异, 可将水体分为底部混合层和上层密度跃层, 两部分的密度层化界限与浮力频率等值线lg N ² = - 4.0接近。2)底部混合层湍动能耗散率大, 层化结构弱, 水体分层稳定性弱; 上层密度跃层湍动能耗散小, 层化结构强, 水体分层稳定性强, 这有利于河口内波的发育与传播。3)在密度层化的作用下, 水体的湍动能耗散率、湍动能剪切生成及浮力通量的能量关系在一定范围内符合湍动能局部能量平衡方程。不同层之间的湍流弗劳德数Fr_t和湍流雷诺数Re_t在Fr_t-Re_t平面上呈现明显的分区, 与经典的分层剪切流理论基本吻合。     

A Possible Mechanism of Ocean Finestructure Part Ⅰ: Energy and Coherence

依据在作者的前文（１９９８）中对于考虑旋转向量水平分量（ｆ～）的大洋内波方程求出的渐近解,文中对Ｓ场（考虑ｆ～条件下的总的内波场）,ＳＩ场（不计ｆ～影响的内波场）和ＳＦ场（Ｓ场中与ｆ～相关联的部分）导出了能量谱和相干谱。此理论谱与Ｍｕｌｅｒ等（１９７８）的ＩＷＥＸ实验的观测结果相比较表明,ＳＦ场的水平动能谱和铅直位移谱基本上与水平流细结构和铅直位移细结构的观测谱一致。作者推测ＳＦ场对应于中纬度大洋可逆细结构。但是对于相干谱的观测结果,在不考虑内波非线性相互作用和破碎过程的条件下,仅考虑ＳＦ场的影响还不能给予满意的解释。     

随机海浪的列率谱分析研究

首次将列率谱分析的方法引入到随机海浪的研究。根据不同环境条件下实验室资料，对列率谱与频率谱进行了比较。结果表明，列率频对频率谱高频部分有明显改善，特别对二倍频含能段的分辨具有明显的优越性。另外，列率谱具有计算速度快、简单易行、分辨率高等优点。     

海浪方向谱的现场观测与分析

方向谱是海浪的基本性质之一。本文在国内首次采用测波仪阵列法在渤海采油平台上成功地观测到海浪方向谱，给出了当地随波浪成长而变化的方向谱表达式。观测前采用数模和模型试验方法，对阵列的布置型式、测波仪间距和平台等对观测结果的影响，以及现有各种方向谱分析方法的精度等进行了对比分析，为提高观测精度，保证方向谱分析的质量提供了依据。     

双峰海浪频谱的一种表示

采用低频分谱和高频分谱叠加的思想，提出了双峰海浪频谱的一种表示。所用的分谱形式为以便于确定的物理量为参数的Ｎｅｕｍａｎｎ型谱形。给出了由实测双峰谱的特征量确定分谱参数的合理途径，解释了以往双峰谱表示中高频部分过高估计的原因并予以解决，最后应用于胶州湾和南海西沙海域的实测谱。     

北太平洋副热带逆流区涡旋动能谱的季节性变化及其机制

本文利用了23年的卫星高度计数据和WOA13气候态月平均温盐资料,考察了北太平洋副热带逆流(STCC)区涡旋动能谱及其涡旋尺度季节变化的动力过程。为了揭示其动力机制,本文采用了斜压2.5层模式并结合动能串级的理论进行分析。结果表明,在STCC区由于海洋层结及地转流的垂向剪切发生了季节性变化,从而产生的斜压不稳定是导致涡旋动能谱季节变化的原因。涡旋动能最大的时间发生在5—6月份,滞后于斜压最不稳定发生的时间(3月份)约2—3个月左右,这是由于斜压不稳定产生的扰动需要一定时间才能发展成振幅足够大的涡旋。斜压不稳定提供的能量使得涡旋相互作用加强,产生了动能逆向串级,动能谱向更大尺度转移。涡旋能量尺度在3月份仅为280km,而在9月份达到最高值335km左右。另一方面,我们发现STCC区动能谱斜率及动能谱通量也有季节变化,在涡旋动能最大的5—6月份,当尺度小于罗斯贝变形尺度时,谱斜率达到1k–3,而动能谱通量达到最大值。对STCC区涡动能谱及涡旋尺度季节变化的研究,对深入认识中尺度涡旋的产生及其演变机制有着重要的意义。     

Spectral characteristics of high shallow water waves

The spectral characteristics of shallow water waves with significant wave height more than 2 m based on the data collected along the Indian coast is examined. It was found that the value of Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) parameters (α and γ) increases with significant wave height and mean wave period and decreases with spectral peak period. The estimated average value (0.0027 and 1.63) of the JONSWAP parameters, α and γ were less than the generally recommended values of 0.0081 and 3.3, respectively. By carrying out a multi-regression analysis, an empirical equation is arrived relating the JONSWAP parameters with significant wave height, peak wave period and mean wave period. It was found that the Scott spectra underestimate the maximum spectral energy of high waves. The study shows that the measured wave spectra can be represented by JONSWAP spectra with the JONSWAP parameters estimated based on the equation proposed in this paper.     

去污剂对裙带菜色素-蛋白质复合物电泳分离效果及其性质的影响

于1998年3月在青岛市太平角采集裙带菜孢子体，通过破碎、离心制备类囊体膜，用去污剂SDS、DOC、DMG和DIG增溶裙带菜类囊体膜，经PAGE分离色素-蛋白质复合物，并测定其光谱特性，结果表明，电泳分离效果与所用的去污剂的种类有关。去污剂不同，分离到的同一类型复合物的吸收光谱有差异，捕光色素-蛋白质复合物的数目、种类及吸收光谱明显不同，电泳中产生的游离色素的多少也随去污剂种类而异，在4种去污剂中，以光谱明显不同，电泳中产生的游离色素的多少也随去污剂种类而异，在4种去污剂中，以DMG和DIG增溶的效果最好，经SDS-PAGE分出6种色素-蛋白质复合物，游离色素较少，DMG和DIG增溶的效果最好，经SDS-PAGE分出6种色素-蛋白质复合物，游离色素较少。     

海洋底栖生物粒径谱的研究

生物粒径谱是生态系统的重要特征，反映生态系统结构和功能以及系统内部的动态联系，成为研究海洋生态系统的重要工具。本文综述了底栖生物粒径谱的基本理论以及研究进展。     

太湖北岸风浪谱的特征分析

利用１９９２年在太湖北岸马迹山地区测得的浅水风风浪资料，采用ＦＦＴ方法求算风浪频谱，对谱结构特征的分析表明，观测到的风浪谱在平衡范围谱值按－４．０幂指数衰减，风浪谱形状与文圣常给出的理论结果比较接近。另外，分析以风要素为参量得到的无因次化频谱可以看出，观测谱基本满足谱的相似律。     

3种褐藻色素－蛋白复合物的分离及光谱特性

以非离子去污剂DMG增溶3种褐藻的类囊体膜 ,经SDS PAGE分离色素 蛋白质复合物 ,并测定其光谱特性及表观分子量。结果表明 ,3种褐藻的电泳分离结果完全相同 ,都分离到6条含色素的蛋白质复合物。从不同褐藻类囊体膜上得到的同一种复合物的吸收光谱和荧光发射光谱特性一致 ,3种褐藻的PSI复合物都有位于715nm处的长波荧光发射峰。电泳方法测得3种褐藻同一种色素 蛋白质复合物的表观分子量相近。