黄海海浪季节变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式SWAN,研究了黄海海浪有效波高的季节变化特征及相关的物理过程。结果表明,在黄海的大部分区域,混合浪有效波高的最大值出现在冬季,而最小值则基本出现在夏季。北黄海北部和山东半岛南岸的近海海域呈现稍微不同的季节变化,有效波高的最大值出现在春季。全年4个季节中混合浪有效波高的空间分布基本一致:均在济州岛西南最大,沿黄海中部区域向北和由中部区域向近岸区域逐渐减小。黄海海浪为风浪占主,涌浪有效波高远小于风浪有效波高。在黄海的大部分区域,白冠耗散和四波非线性相互作用对黄海海浪的季节变化均至关重要;对于外海区域,四波非线性相互作用更为重要,而对于近海区域,白冠耗散则影响更大。本研究旨在研究黄海海浪的季节变化特征及其物理过程,为进一步探讨该海域海浪在其他时间尺度上的变异特征和动力学过程提供研究基础。     

黄海海浪天气时间尺度变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式(SWAN)系统研究了黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化的时空分布特征和相关动力学过程。结果表明黄海海浪有效波高的天气变化强度(S_W)具有显著的时间变化特征和空间分布特征。其多年平均值在黄海的中东部存在由南向北延伸的高值区,同时向两侧近海区域逐渐减小。S_W在冬季最大,夏季最小。从11月到翌年5月,S_W月气候态平均值的空间分布与其年平均值的空间分布类似;从6月到同年10月,S_W的月气候态平均值在黄海与东海的分界处存在较强的由黄海到东海的空间梯度。进一步分析表明黄海海域的S_W以风浪占主,涌浪的贡献远小于风浪贡献。数值实验表明,黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化主要是由大于天气变化周期的海面风强迫通过四波非线性相互作用产生的。     

北部湾温度锋的季节与年际变化

采用8a(1991—1998)的卫星遥感海水表面温度资料(AVHRR SST)对北部湾温度锋的季节变化与年际变化规律进行了探讨。北部湾海区温度锋的季节态强弱趋势为春季最强，夏季、冬季次之，秋季最弱。在年际时间尺度上，温度锋强度与SST距平(SSTA)存在响应关系，表现在：1)SST正距平对应较弱的锋面产生，负距平对应较强的锋面产生，这种相关性在冬季表现得最为明显；2)锋面的强弱与SSTA绝对值存在正相关关系，即SSTA变化越大，锋面越强。在冬季，温度锋强度与海面风经向分量相关，在偏北风异常情况下，锋面较强；反之，锋面较弱。     

南海暖水的季节变化特征及数值模拟

根据Ｌｅｖｉｔｕｓ资料,对具有立体结构的南海暖水给出了定义,分析发现：南海暖水的季节变化过程可分为发展、维持、退缩和消失４个阶段;就气候平均而言,南海暖水在季节变化中始终保持西北部浅、东南部深的特点;南海暖水的深度与同期温跃层上界的深度在空间分布特征与季节变化趋势上都基本类似。采用“ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ”模式模拟了南海暖水的范围和厚度,结果表明发展阶段的南海暖水范围和厚度的增长主要是因为南海地     

南海海面高度季节变化的数值模拟

比较POM模式模拟与观测(TOPEX/Poseidon高度计资料)的南海海面高度(SSH)的季节变化在空间分布上的一致性和差异.结果表明:本文使用的POM模式能较好地模拟南海SSH的季节变化;冬季与夏季,春季与秋季南海海面异常场形式完全相反,冬季Ekman输运造成在西海岸的堆积要比夏季在东海岸堆积更明显,而吕宋冷涡中心附近和吕宋海峡海面季节变化振幅最大;除春季以外,在南海绝大部分海域,海面高度的季节变化主要受风力的控制,南海海面热量通量对SSH的季节变化贡献约为20%,风应力对SSH的季节变化的贡献约为80%.     

海冰热力模式及北极海冰季节变化的数值模拟

本文给出了一个改进的海冰热力模式,主要通过海面和冰面的温度变化及热量收支,用来计算海冰面积和厚度的时空分布。     

长江口附近海域台风浪的数值模拟--以鹿沙台风和森拉克台风为例

利用SWAN波浪模型计算长江口附近海域的台风浪,鉴于长江河口岸界和地形复杂,拟采用曲线网格.为证实曲线网格下的SWAN模型对于复杂地形的有效性,首先选用美国特拉华大学波浪水池实验资料对SWAN模型进行检验,结果表明利用曲线网格能不过多增加计算量而提高关键区域的计算精度.以0215号鹿沙台风和0216号森拉克台风为例,将SWAN模型应用到长江口附近海域,进行台风浪的数值模拟.通过浮标测站实测资料验证,表明有效波高计算值与实测值符合良好.通过综合分析模型计算的波浪场,说明SWAN模型能合理地反映长江口附近海域台风浪的分布.     

北部湾海区风暴潮数值模型和数值模拟

北部湾是一个半封闭的超浅海。本文在数值试验的基础上，提出了一个研究该海域台风风暴潮的数值模型。数值模式为二维深度平均流模型，采用嵌套细网格技术，细网格分辨率为沿经纬方向０．１°，细网格边界值由粗网格提供。台风风场计算采用Ｊｅｌｅｓｎｉａｎｓｋｉ模型风场．模式方程组的数值解由交替方向隐式（ＡＤＩ）方法积分得到。本文对该海域最常见的两种台风移行所引起的风暴潮进行了数值模拟。与几个潮汐观测站的增水记录比较，计算结果基本上反映了台风引起的水位变化，对研究和模拟该海域台风风暴潮是适用的，可用于该海域风暴潮数值预报试验。     

东中国海环流及其季节变化的数值模拟

关于东中国海环流的研究，国内外学者已做了大量的工作。早期科学家们主要依赖于对温盐资料和少数测流资料的分析研究对渤、黄、东海的环流结构有了较系统和深入的认识。东中国海环流是由一个气旋式的“流涡”组成，东侧主要是北上的黑潮-对马暖流-黄海暖流及其延伸部分；西侧为南下的沿岸流系。黑潮对东中国海环流的影响是如此之大，以致于除了某些局部区域外，上述海域主要流系的冬、夏季分布形式比较相似而无本质上的差异(胡敦欣等，1993)。但本文所研究海域正处于世界上最显著的季风区，冬、夏季盛行风向基本相反，过渡季节(春、秋季)风向多变，风力减弱；海洋热盐结构季节变化明显(如冬季混合强，而夏季层化明显等)，这些因素都使得东中国海环流存在着较明显的季节变化。 自20世纪80年代以来，东中国海环流的数值模拟工作逐步展开，并已成为研究环流结构及其形成机制的强有力工具。但由于数值模式本身以及计算方案的缺陷(如有些学者用固定的风场、温盐场对东中国海环流进行诊断模拟等)和观测资料的不足，数值模拟的结果难以得到验证，渤、黄、东海的环流研究中仍有大量的问题存在争议，以待澄清。例如，台湾暖流的来源、流径;对马暖流的来源;夏季黄海暖流的流径以及黄海冷水团环流等均有不同的论述。对黄、东海环流季节变化的数值模拟工作也较少，多用冬、夏典型月份的风场强迫积分至稳定态，给出冬、夏季环流，这种做法值得商榷。三维环流模式很难在1个月内达到稳定态，尤其是夏季层化明显、风力减弱的情况下，非常定风场的影响更应引起人们的重视。 本文采用比较符合实际的计算方案，用年循环风场和海面热通量场为外强迫，对渤、黄、东海的环流及其季节变化进行了模拟，并对一些争议问题进行了探讨。     

2016年苏北近海风场和波浪场多时间尺度变化的数值模拟研究

利用高分辨率的大气和波浪数值模式,模拟了2016年苏北近海的风场和波浪场,并与卫星高度计资料、散射计风场、再分析资料以及实测浮标资料进行了比较,验证了模式的准确性。基于这套模式结果,系统地分析了江苏近海的风场和波浪场的多时间尺度变化:季节变化、日变化以及季节内变化(台风、寒潮)。分析结果表明:苏北近海海域的风速、有效波高和涌浪在冬季和秋季较大、春季和夏季较小;冬季盛行西北风,常浪向为西北向,夏季盛行东南风,常浪向为东南向。风场和波浪场还具有显著的日变化特征,且日变化存在季节变化规律,离岸越近海域日变化特征越明显。同时,江苏近海还会经历季节内尺度的强天气过程的影响,比如台风和寒潮。     

北部湾冷水团的季节变化及其机制的数值研究

A wave-tide-circulation coupled model based on the Princeton Ocean Model is established to explore the seasonal variation of the cold water mass in the Beibu Gulf and its mechanisms. The results show that the cold water mass starts forming in March, reaches the maximum strength during June and July, and fades away since October. Strong mixing in winter transports the cold water from sea surface to bottom. The cold water mass remains in the bottom layer as the thermocline strengthens during spring, except for the shallow water where the themocline is broken by strong tidal mixing, which gradually separate the cold water mass from its surrounding warm water. Further analysis on the ocean current and stream function confirms that the cold water mass in the Beibu Gulf is locally developed, with an anticlockwise circulation caused by a strong temperature gradient. Sensitivity experiments reveal that the cold water mass is controlled by the sea surface heat flux, while the terrain and tidal mixing also play important roles.     

北部湾的环流和水团对季节性强迫的响应

In the past 20 a, the gulf-scale circulation in the Beibu Gulf has been commonly accepted to be driven by a wind stress or density gradient. However, using three sensitive experiments based on a three-dimensional baroclinic model that was verified by observations, the formation mechanisms were revealed： the circula- tion in the northern Beibu Gulf was triggered by the monsoon wind throughout a year; whereas the southern gulf circulation was driven by the monsoon wind and South China Sea （SCS） circulation in winter and sum- mer, respectively. The force of heat flux and tidal harmonics had a strong effect on the circulation strength and range, as well as the local circulation structures, but these factors did not influence the major circulation structure in the Beibu Gulf. On the other hand, the Beibu Gulf Cold Water Mass （BGCWM） would disappear without the force of heat flux because the seasonal thermocline layer was generated by the input of heat so that the vertical mixing between the upper hot water and lower cold water was blocked. In addition, the wind-induced cyclonic gyre in the northern gulf was favorable to the existence of the BGCWM. However, the coverage area of the BGCWM was increased slightly without the force of the tidal harmonics. When the model was driven by the monthly averaged surface forcing, the circulation structure was changed to some extent, and the coverage area of the BGCWM almost extended outwards 100%, implying the circulation and water mass in the Beibu Gulf had strong responses to the temporal resolution of the surface forces.     

利用SWAN波浪模式研究北部湾海域台风浪场的波浪方向谱特征

以高精度再分析风场为驱动,利用SWAN模式模拟了台风“达维”Damrey（2005）经过北部湾海域时的波浪场。通过与实测的风和波浪实测对比发现,波浪后报结果与实测结果符合较好。文章给出了台风浪期间波高、周期、波长和波向等要素的分布特征,讨论了以台风眼为中心不同海域的波浪方向谱特征。本文最后分析了台风期间实测波浪能谱的变化特征。     

北部湾冬季风生环流的数值模拟及其对海洋环境的影响分析

利用Finite Volume Coastal Ocean Model(FVCOM)三维模式以及National Centers for Environmental Prediction(NCEP)Climate Forecast System提供的北部湾的冬季风场,建立了北部湾冬季的风生环流模型。模拟得到北部湾冬季表中底层的风生环流结构。结果表明:整体上看,环流从琼州海峡流入北部湾,沿越南沿岸向南流动。从分层结构上看,冬季表层北部湾中部位置被1个大范围逆时针环流控制,南部湾口附近也存在1个不闭合的逆时针环流;而中层和底层的环流在琼州海峡西北和西南侧各形成1个小的逆时针环流,同时北部湾北部中间位置呈现1个顺时针环流。琼州海峡、广西及越南沿岸环流流速较大,有利于污染物的输移扩散,而北部湾北部中间位置,莺歌咀附近出现闭合环流且海南岛西南岸流速较小,不利于污染物的输移扩散,对冬季北部湾的海洋环境会产生不利影响。     

南海北部湾表层悬浮体分布规律

受实测数据海域位置的限制,目前基于遥感手段对北部湾表层悬浮体的研究,在部分海域如海湾西部精度不高,且缺乏对悬浮体浓度（suspended sediment concentration,SSC）季节变化的研究。基于2003—2017年MODIS-Aqua卫星L1B数据,结合海南岛西部、广西沿岸和越南沿岸实测数据,建立表层SSC的反演模型,获得北部湾海域2003—2017年月均表层SSC分布,并对其影响因素进行初步探讨。结果显示：北部湾表层SSC存在3个终年高值区,包括广西沿岸、海南岛西侧和红河三角洲沿岸;受河流输沙和海洋动力季节变化影响,SSC表现为冬季和夏季较高、春季最低的季节变化特征;热带气旋过境导致北部湾海域SSC增高,其中热带风暴“贝碧嘉”过境时位于路径右侧的雷州半岛西部SSC较多年平均值增幅达75%。     

北部湾潮波数值研究

利用普林斯顿海洋模式(POM08)建立了北部湾及其临近海区潮汐潮流数值模式,模拟了K1,O1,M2和S2这4个主要分潮,分析了模拟的潮汐和潮流分布特征,从潮波能量的角度讨论了琼州海峡对北部湾潮波系统的影响,并给出北部湾潮能的耗散情况。研究表明,北部湾是典型的全日潮海区,K1和O1分潮在南部湾口形成半个旋转潮波系统,无潮点位于越南顺安附近岸边。琼州海峡中的欧拉潮汐余流为西向流,潮余流造成的水通量约为0.034×106m3/s;余流出海峡西口后,先折向北,然后转向南流出湾外。研究海区中两个强潮流区分别位于琼州海峡和海南岛的西侧,同时这也是两个潮能的高耗散区。北部湾的潮能自南部湾口由外海传入,通过西口涌入琼州海峡,到达海峡东口时日潮波的能量已基本耗散殆尽,在海峡内耗散的4个分潮的潮能约为3.33 GW,相当于北部湾潮能耗散量的35%左右。数值试验表明,琼州海峡作为潮能耗散的重要海区,其存在对于北部湾潮波系统的形成具有较大影响。计算了底边界潮能耗散,结果表明在北部湾和琼州海峡,底边界耗散的潮能分别占该海区总耗散的83%和80%。     

Distribution of meiofaunal abundance in relation to environmental factors in Beibu Gulf, South China Sea

This study aims to explore the distribution of meiofaunal abundance in relation to environmental factors in the Beibu Gulf,a natural semi-enclosed part of the South China Sea,surrounded by China and Vietnam.Meiofauna and ten benthic environmental factors were determined at 27 sampling stations in the Beibu Gulf in four surveys during 2006-2007.The results show a clear geographical trend in meiofaunal abundance,water depth,salinity and clay content.The meiofaunal abundance and the clay content decreased,whereas the water depth and the salinity increased from the north to the south of the Gulf.The percentage of meiofaunal abundance in the 0-2 cm layer increased,whereas in the 2-5 cm and 5-10 cm layers it decreased from the north to the south of the Gulf.Correlation analysis show significant negative correlations between meiofaunal abundance and water depth,benthic temperature,salinity and pH,but significant positive correlations between meiofaunal abundance and dissolved oxygen,chlorophyll a and clay content.     

北部湾北部海域水体异养细菌的时空分布特征研究

为探讨环境因素对异养细菌丰度的影响,2016年9月至2017年8月通过月度航次调查对北部湾北部海域异养细菌丰度的时空分布特征进行了系统研究。结果表明,调查海区异养细菌丰度介于（2.75~56.86）×105 cell/mL,平均值为（11.01±6.31）×105 cell/mL。各季节细菌丰度从高至低依次为:夏季、春季、冬季、秋季。异养细菌丰度由近岸海域向西南深水区方向逐渐降低,在近岸浅水区垂直分布均匀,在水深大于20 m的海区出现季节性分层现象:表层细菌丰度较高,底层细菌丰度较低。主成分分析显示温度对异养细菌时空分布有重要影响,秋、冬季异养细菌丰度与温度呈显著负相关,在春、夏季呈显著正相关。细菌丰度与盐度呈显著负相关,说明海水盐度变化是细菌时空分布重要影响因素。异养细菌丰度与叶绿素a和溶解氧含量呈显著正相关,表明浮游植物初级生产过程影响了异养细菌的时空分布。在秋、冬和春3季异养细菌丰度与营养盐水平呈显著负相关,二者关系受浮游植物生物量间接影响。异养细菌时空分布差异取决于环境条件的变化,温度、盐度、叶绿素a和溶解氧含量是影响异养细菌丰度分布的主要因素。     

北部湾近海结构物污损生物研究

对海洋结构物而言,污损生物不仅增加其水下部位表面粗糙度,显著增大波浪所引起的动力载荷效应,sup>[1],而且还能改变金属腐蚀过程,引起局部腐蚀或穿孔腐蚀,并妨碍水下检测、保养和维修等工作的进行[2,3].因此,在开发利用海洋资源时,必须预先对特定海区污损生物群落的结构特点及发展趋势有所了解,以便人们经济、有效的角度选择防污手段和制定清除保养计划.     

北部湾北部海域潜在低氧分布及影响研究

通过对2011年北部湾北部海域春季和夏季溶解氧（DO）及其他环境要素进行分析讨论,发现DO的季节性差异较大,春季DO含量（平均8.11 mg/L）明显高于夏季（平均6.05 mg/L）。夏季北部湾底层部分区域存在DO低值,该低值区常年存在,并且DO最低值逐渐降低、低值区范围逐渐扩大。利用相关性分析和灰色关联度分析的方法,对夏季底层DO低值的成因进行分析发现：夏季底层水体浮游植物产氧作用较弱,海水层化作用强,阻碍了表底层DO的交换;另外底层有机质分解的耗氧作用明显,出现了氧气的净消耗,由此导致夏季底层水体出现DO的低值。同时,由于2011年之后北部湾北部海域陆源污染排放和赤潮的频发使得该海域低氧状况加剧,潜在低氧区逐渐发展为低氧区。