台风期间浮标和潜标上ADCP的空间变化、数据误差及校正#br#

基于南海北部浮标和潜标的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）数据,通过一套几何算法计算了台风海鸥（1415）期间ADCP的空间变化和流速误差,并进行数据校正。浮标上,台风过后ADCP的水平位移最大可达2.61 km,水平流速误差最大可达0.27 m/s,垂向流速误差最大仅为5×10^-4 m/s;温跃层流速校正值在台风过后显著大于流速测值,这表明水平校正对于温跃层流速的质量控制很重要。潜标上,ADCP最大垂向位移增量为179 m,最大绳子倾角为35°,最大水平位移为1.5 km; ADCP水平流速误差和倾角误差都很小,在数据校正中可忽略不计,但对台风过后中层流速的垂向校正不能忽略。     

浙南近岸海流季节变化特征

为了揭示浙南海流特征及其季节和垂向变化规律,于2006—2007年在浙南岸外一固定点(平均水深约32m)利用ADP潜标进行了春、夏、秋、冬季4次多个潮周期分层海流流速流向观测。结果表明:(1)测点最大流速为148.9cm/s,相应流向为75°,出现在春季表层大潮落潮阶段;垂向平均最大流速为106.2cm/s,平均流向为81°,出现在夏季大潮落潮落急阶段。(2)剖面各层流速垂向差异明显,表层流速(28m层以上)受海况影响明显,秋季平均流速最大(65.4cm/s),冬季最小(42.8cm/s),20~28m层冬季最强,春季最弱,20m层以下夏季最强,秋季最弱(仅小潮);垂线平均流速夏季最强(46.5cm/s),春季最小(33.7cm/s)。(3)夏季海流基本上为(偏)北向流;秋、冬则基本上为(偏)南向流;春季具往复流特点,但以北向流为主。(4)垂向上夏季和春季流向较一致,冬季和秋季流向分异明显(20m和10m层)。(5)垂线平均余流为12.8~29.8cm/s,夏季最强春季最弱;夏季和春季各层余流均为东北向,冬季为西南向,而秋季11m层(包括11m层)以下为E-NEE向,11m层以上为西南向。结论:测点海流受到潮汐、季风和台湾暖流的共同制约。季风的影响夏、冬两季大于春、秋两季;季风的影响自表层向底层减弱(主要限于表层以下10m)。     

宫古海峡通道海流的高分辨率数值模拟

运用美国麻省理工大学MITgcm模式、模式嵌套技术和高分辨率网格(水平方向为1°/48×1°/48,垂向为22层),模拟了宫古海峡通道中的海流流动状况。流场不同分辨率的模拟结果表明,海底地形对宫古海峡通道中的海流流动影响显著;宫古海峡通道中的海流流动结构具有如下特征:垂向流动可分为3层,每层均存在流速核心;400 m以浅的上层海流从太平洋流入到东海,平均流速约为10 cm/s,流速核心位于160 m附近;400~1 000 m的中层海流从东海流出到太平洋,平均流速约为2 cm/s,流速核心位于650 m附近;1 000 m以下的深层海流从太平洋流入到东海,平均流速约为1 cm/s,流速核心位于1 200 m附近。宫古海峡通道中的海流流动具有较强的季节变化特征,秋末冬初流动较强,夏季流动较弱。     

基于浮标观测的长江口外海流特征分析

为了揭示长江口外海域海流的特征及其季节和垂向变化规律,于2006年8月1日-2007年7月31日在长江口外海域（平均水深约46.0m）利用大型浮标进行了1年的分层海流流速流向观测。结果表明：（1）该海域海流为顺时针方向的旋转流,在垂向上流向较一致,季节变化不显著。（2）长江口外海域水平流速总体较大,夏季表层最大流速为128.5cm/s,冬季最大表层流速为105.5cm/s;垂线平均流速相近（差异<8.0 cm/s）,夏季流速最大为47.0cm/s,冬季为40.8cm/s。小潮的平均流速为26.5cm/s,大潮平均流速为小潮的2倍。（3）剖面各层流速垂向差异明显,最大流速出现在表层（春季和冬季）或次表层（夏季和秋季）,最小流速均出现在底层;各层的最大平均流速为57.9cm/s,出现在夏季的18m层。（4）垂线平均余流为7.5~11.3 cm/s,春季最强冬季最弱;春季和冬季各层余流均为东向,夏季和秋季基本为东北向或北向。（5）观测海域海流受长江冲淡水、台湾暖流、季风、潮汐等动力作用的共同制约。     

便携式高频地波雷达海流探测长周期工作性能试验

2013年1月29日至3月15日在台湾海峡西南部海域进行了OSMAR-S100便携式高频地波雷达与浮标观测海流数据的长周期对比试验,验证了雷达系统在探测海流方面的准确性、可靠性和稳定性.通过实测海流与雷达矢量流的复相关分析,选定3 m层的海流为对比代表层.试验期间实测流速为0.0~120.0 cm/s,雷达海流有效探测区内的矢量流流速、流向的观测误差较小,能够满足实时监测海洋表层流的需要,高精度区流速、流向的均方根误差分别为9.1 cm/s和24.8°,边缘区的均方根误差为13.3~24.8 cm/s和39.4°~39.6°,与国内外达到业务化运行要求的同类产品实际观测精度相当.     

高频地波雷达观测的苏北辐射沙洲南部海域夏季表层海流特征

本文利用高频地波雷达获得的江苏如东海域大范围长期海流观测资料对苏北辐射沙洲南部烂沙洋海域夏季表层海流特征进行了分析。分析结果表明:研究海域表层海流靠近近岸一侧为往复流,流向总体上呈西北-东南向,靠近外海一侧为旋转流;海域潮流动力较为强劲,夏季表层海流实测最大流速达1.47 m/s,涨潮平均流速介于0.44~0.55 m/s,落潮平均流速介于0.38~0.52 m/s,海域西北部区域涨落潮平均流速明显大于其他区域;表层潮流为正规半日潮流,M₂分潮为最主要分潮,其潮流椭圆长轴范围为0.57~0.71 m/s,远大于其他分潮,其次为S₂分潮;该海域夏季表层余流呈现近岸大离岸小的分布趋势,余流流向基本指向近岸方向,从离岸到近岸余流流向呈现逆时针偏转。     

利用多普勒频移反演ASAR海表面流速

为研究中小尺度的海流,以美国西海岸附近海域为研究区域,采用欧空局ENVISAT ASAR IMS数据,首先利用频谱拟合法计算得到影像的多普勒质心;再通过影像的多普勒系数和斜距时间去除卫星与地球之间相对运动产生的多普勒频移,最终得到海表面多普勒质心异常。同时利用布拉格散射模型去除了布拉格波的影响,利用CMOD5模型计算海表面风场,根据风场与雷达视向速度的经验关系去除海面风场的影响,经空间投影,最终得到雷达径向的海表面流速,反演的流速主要分布于-0.3～0.6 m/s。利用研究区域附近的岸基高频地波雷达(HF-radar)数据验证反演结果精度,结果表明,在HF-radar流速与ASAR反演流速-0.2～0.2 m/s差异范围内的标准误差和相关系数分别为0.1 m/s和0.81,反演结果与真实流速较为接近。ASAR反演流速和HF-radar流速结果均表明,在研究区域存在自西向东的沿岸流,最大径向流速达到0.6 m/s。因此,本文所使用的海表面流速反演方法准确有效,适合于中小尺度海流流速的反演。     

基于潜标观测的吕宋海峡以东深海海流的低频变异

本文利用在菲律宾海布放的一套锚系潜标获取的长时间海流和水温观测数据,分析了吕宋海峡以东的深海海洋环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。研究表明,表层(100～160 m)平均流向为西偏北,流速约为12.5 cm/s;中层(810 m)的平均流为西向,流速为2.6 cm/s;深层(1 550 m和2 560 m)的平均流速在1 cm/s以内,近底(4 040 m)的流向为较稳定的西南向,流速为2.3 cm/s。上层海流的动能比中层和深层大1～2个量级,总动能、平均动能、涡动动能均在表层最大,中层次之、深层最小,各层次涡动能均大于平均动能。中上层海流的低频变化具有极高的相似性,全年为81～85 d的周期振荡;近底层海流则不同,变化周期约为51 d。     

河口海岸测流仪器比测研究

通过对直读式海流计、ENDECO海流计和ADP测流结果的对比分析表明,ENDECO所测流速比直读式海流计偏小约4.2%,流向偏小2.4%;ADP测得的流速比直读式海流计偏大6.1%,流向偏大3.6%,但ADP测量数据更稳定;由三种仪器测得的涨落潮平均流速相对偏差均在10%左右。三种仪器的观测数据可比性强,同时使用时完全能够相互对比分析。流速小于30 cm/s时,由于仪器的摩擦阻力作用,直读式海流计精度变低;流速大于30 cm/s时,三种仪器测得的结果相差较小。与直读式海流计和ADP相比,ENDECO海流计对流向变化较敏感。     

南海北部大陆坡区斜压海流的垂向结构

对南海北部陆坡区一定点站连续28.6d的27个等间隔水层(11,15,…,115m)的ADCP海流观测资料进行正压海流、斜压海流分解, 运用调和分析、功率谱分析和能量计算等方法着重对观测点各水层的斜压海流的时间序列进行研究.得到如下结果:(1)斜压海流向岸分量平均值、斜压海流两分量样本标准差、斜压海流K1分潮流振幅、斜压海流的平均涡动动能以及斜压海流向岸分量功率谱显著的谱峰值的垂向分布均随深度的增加由大变小再变大.(2)斜压海流的日周期显著, 斜压海流的日分潮流的椭圆长轴方向偏NW-SE向, 日分潮流作顺时针方向旋转;斜压海流的日分潮流迟角的垂向分布是:约以67m为界,界面附近水层的迟角变化较大,远离界面的水层的迟角分布较稳定,界面上、下水体的迟角反向;67m层以浅水层, 相对集中在300°附近,67m以深水层,主要分布在120°周围.(3)斜压海流的平均涡动动能较大,约占实测海流平均动能的41%,其向岸分量大于沿岸分量, 且其大小与日分潮流椭圆的长短轴分布相对应.(4)斜压海流功率谱峰值显著周期在24h左右;19与99m层相同,为23.6h,55m层为24.4h;斜压海流向岸分量与沿岸分量功率谱的显著谱峰值的垂向分布有所不同, 前者随深度增加由大变小再变大,后者则随深度增加而减小.     

海翼水下滑翔机测流应用

水下滑翔机其通过集成生物、化学、物理传感器可以测量如温度、盐度、溶解氧等多种海洋基础水文要素,其利用卫星定位系统获得实际出水速度和理论出水模型获得理论出水速度之差可以计算深度平均流,。本文利用海翼水下滑翔机获得温盐场及卫星定位数据评估深度平均流,结果显示利用温盐场获得深度平均地转流与水下滑翔机获得深度平均流相关系数0.95,表明其流场的一致性,同时根据船载观测ADCP误差分析法估算深度平均流误差约为0.036 m/s。借助深度平均流可以估算绝对地转流,包括正压地转流和斜压地转流。在零动力面的假设下,我们选取了海翼号水下滑翔机在南海的一组实验对流量误差进行了评估。该实验为2019年1月3日-2月16日海翼号水下滑翔机自南向北穿越西沙群岛附近一个中尺度涡观测。观测结果表明,该中尺度涡为冷涡流核,在涡心以南,绝对地转流为东向流,最大流速约为0.48 m/s;涡心以北,绝对地转流为西向流,最大流速约为0.47 m/s,稍弱于南侧。受不均匀时空观测计划影响,本文未对流量做出估计。     

基于海面多普勒谱模型的海浪反演精度分析

Microwave remote sensing is one of the most useful methods for observing the ocean parameters. The Doppler frequency or interferometric phase of the radar echoes can be used for an ocean surface current speed retrieval,which is widely used in spaceborne and airborne radars. While the effect of the ocean currents and waves is interactional. It is impossible to retrieve the ocean surface current speed from Doppler frequency shift directly. In order to study the relationship between the ocean surface current speed and the Doppler frequency shift, a numerical ocean surface Doppler spectrum model is established and validated with a reference. The input parameters of ocean Doppler spectrum include an ocean wave elevation model, a directional distribution function, and wind speed and direction. The suitable ocean wave elevation spectrum and the directional distribution function are selected by comparing the ocean Doppler spectrum in C band with an empirical geophysical model function(CDOP). What is more, the error sensitivities of ocean surface current speed to the wind speed and direction are analyzed. All these simulations are in Ku band. The simulation results show that the ocean surface current speed error is sensitive to the wind speed and direction errors. With VV polarization, the ocean surface current speed error is about 0.15 m/s when the wind speed error is 2 m/s, and the ocean surface current speed error is smaller than 0.3 m/s when the wind direction error is within 20° in the cross wind direction.     

海南新海夏季潮流谱分析和余流研究

根据夏季琼州海峡新海附近15 m处地层潮流谱分析结果可得,无论是f>0 或f<0,全日潮谱峰都高于半日潮谱峰。其中,半日潮周期,约为12 h,12.4 h,日潮存在两个,一个在23.9 h,另一个在25.8 h前后;在半日潮和全日潮分量中,反时针分量是主要的、顺时针的日潮能谱只有反时针的84%;顺时针的半日潮能谱只有反时针的63%;浅水分潮8.3 h,6.2 h和超过24 h的4.2 d,3 d等也很明显,但是未通过显著性检验; 大多数余流流速在5~10 cm/s之间,个别情况超过40 cm/s。受反时针运动涡旋影响,余流主要向偏东北、北、西北方向运动。在这个区间内的流向,占总观测数68%以上;风对余流也有重要影响:东北风将使余流方向偏向西北,偏北向风将使余流方向偏南。     

海南新海夏季潮流谱分析和余流研究

根据夏季琼州海峡新海附近15 m处地层潮流谱分析结果可得,无论是f>0 或f<0,全日潮谱峰都高于半日潮谱峰。其中,半日潮周期,约为12 h,12.4 h,日潮存在两个,一个在23.9 h,另一个在25.8 h前后;在半日潮和全日潮分量中,反时针分量是主要的、顺时针的日潮能谱只有反时针的84%;顺时针的半日潮能谱只有反时针的63%;浅水分潮8.3 h,6.2 h和超过24 h的4.2 d,3 d等也很明显,但是未通过显著性检验; 大多数余流流速在5~10 cm/s之间,个别情况超过40 cm/s。受反时针运动涡旋影响,余流主要向偏东北、北、西北方向运动。在这个区间内的流向,占总观测数68%以上;风对余流也有重要影响:东北风将使余流方向偏向西北,偏北向风将使余流方向偏南。     

三门湾外海的潮汐和潮流特征

针对2009年5月-7月三门湾外海D8和D9两个站位布放的防渔网底拖锚系ADCP连续观测获取的流速资料和水位资料,采用调和分析和功率谱分析等研究方法,分析了该海域的潮汐和潮流特征,结果显示:该海域潮汐类型为正规半日潮,近岸的D9站浅水分潮比离岸的D8站显著,潮汐呈现出回归潮特征。三门湾外海潮流半日分潮能量最大, 各层潮流呈现出旋转流性质;椭圆率随水深增加;M₂、K₁分潮流最大流速均在次表层最大;最大分潮流速发生时刻底层比中、上层提前约半小时;该海域潮流的半日分潮流以正压为主,全日分潮流则表现出较为明显的斜压性。     

胶南东部近岸海域实测海流分析及潮流场数值模拟

基于2005年胶南东部近岸海域的测流资料,分析了该海域的海流、潮流及余流特征,在此基础上,进行了潮流场的数值模拟,展现了M2分潮的潮波系统、潮流椭圆分布、最大流速分布和逐时潮流场。计算结果与实测结果符合良好,较好地反映出该海域M2分潮潮流场时空分布的基本特征。对该海域的水动力状况有了更进一步了解,为胶南近岸海域的环境保护规划的制定提供了科学依据。     

东海北部1个潜标连续观测站的潮流垂向特征分析

采用调和分析方法对东海北部海区1个坐底式潜标连续观测的近两个半月的海流数据进行分析,研究了该站点的潮流空间结构特征以及余流信息。调和分析结果表明,该点以半日潮流为主,潮流类型在40 m以上属不规则半日潮流,40 m以下则属规则半日潮流;该海区的潮流以顺时针旋转为主,潮流量值占海流的比率随深度递增,潮流椭圆要素存在明显的垂向变化。本文研究有助于了解该站点潮流的垂直变化特点,并为潮流数值模拟提供校验依据。     

潮流能水轮机仿真及尾流场分析

为了研究潮流能水轮机尾流场的变化规律,本文在水平轴水轮机现有理论基础上,采用计算流体力学技术建立了数值模型,计算了水轮机的功率特性,进行了网格独立性验证,比较了模型中旋转区域不同对结果的影响。仿真结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模型的有效性。研究了全工况下尾流场速度衰减随尖速比和距离变化的规律,结果显示在小尖速比下尾流场速度恢复情况相对大尖速比下较好;靠近水轮机轮毂中心线位置处,衰减相对较大。研究建议水轮机在同等功率表现下尽量选择在小尖速比下工作,水轮机组在实际排列时避免采用成列布置,水轮机设计阶段应综合考虑功率特性和尾流场衰减。本文研究内容可以为潮流能水轮机的研究以及阵列式应用提供参考。     

Three-D numerical simulation of wind-driven current and density current in the Beibu Gulf

The Beibu Gulf circulation plays an imPOrtant role in the long--term water rnass transportinside the gulf. It is also closely related to the Guangxi untal water mass transport and self-purification. Hence, it is of practical imPOrtance to study the circulation in the gUlf. The cir-culation in the gUlf is very comlicated, and is rnainly gOverned by wind, water density gradi-ent, the current outside the gulf and the bathpoetry. In spring, a cold water rnass generatesln the center of the gulf…     

Some observational results of sea storm current

INTRODUCTIONDr. Hollister, a marine geologist of the Woods Hole Oceanographic Institution, firstpointed out that there was ocean storm current in the ocean. He found out the wavy texture inthe seabed core samples, and suggested that this wavy texture was caused by the high speedsea current in remote antiquity. He then suggested a bold hypothesis that there existed a benthic storm current near the ocean bottom, and presented this hypothesis at the IUGG confer-ence held at San Francisco…