Exploration of the wind-induced drift characteristics of typical Chinese offshore fishing vessels

The drift motion of a maritime distress target is the collective result of the balance of forces that comes from wind, currents and waves. The drift properties vary from one type of object to another. The objective of this paper is to explore the leeway drift characteristics of typical Chinese offshore fishing vessels as well as evaluate the leeway drift model. First, a series of field experiments were conducted in South China Sea to provide data source. Next, nine leeway coefficients in AP98 leeway model were derived by the least square fitting based on the experimental data. Furthermore, another drifting dynamics model based on a balance of forces on the drifting vessel due to wind and currents, was also calibrated for comparison. Finally, two cases of drift trajectory and searching areas were simulated by the two different models through Lagrangian particle tracking and Monte Carlo techniques. Results indicate that the AP98 leeway model is in better accordance with the observation compared with the drifting dynamics model. Additionally, the simulation accuracy of AP98 leeway model can be improved to some extent especially when the probability of positive crosswind (POPC) is considered. Considering the large number of the typical offshore fishing vessels in South China Sea, and their high accident rate, the model coefficients for this type of vessels are expected to be implemented into more search and rescue (SAR) models by SAR organizations.     

广东海域模拟人和无动力渔船海上漂移试验研究

为探讨海上搜救目标无动力渔船和落水人员在海水中的漂移规律,对现有海上搜救目标漂移轨迹预测模型进行评估与改进,国家海洋局南海海洋工程勘察中心于2011年2月和4月在广东近岸海域开展了3组模拟人和2组无动力船海上漂移试验。试验发现模拟人与无动力船大部分时刻的漂移轨迹位于下风向的右侧,80%以上的时刻漂移轨迹位于海流流向和下风向的矢量合成区间内。以漂移速度为应变量,流速和风速为自变量进行二元回归分析发现,广东海域的模拟人和无动力渔船的流致漂移参数约为1.0,风致漂移参数分别为0.019和0.038。     

基于FVCOM的南海北部海域潮汐潮流数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model )数值模型, 对南海北部海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 并根据模拟结果详细分析了M2, S2, K1, O1 分潮的潮汐和潮流特征。研究结果表明: 神泉港到甲子港海域表现为正规全日潮性质, 珠江口附近海区潮汐以不正规半日潮为主, 其他海域主要表现为不规则全日潮; 陆架海域和深水海域主要表现为往复流, 陆架坡折区存在较强的旋转流, 陆架坡折区为不规则半日潮流和不规则全日潮流的分界线; 东沙群岛附近海域以不规则全日潮流为主, 旋转方向为顺时针; 整个海域的最大流速分布与等深线基本平行, 东沙群岛附近速度明显变大, 最大值出现在台湾浅滩附近, 最大值超过70 cm/s; 南海潮波系统以巴士海峡传入的大洋潮波为主, 分为三支潮流, 以不同的形式进出南海北部海域; 余流在台湾浅滩附近达到最大, 超过6 cm/s, 自南向北进入台湾海峡, 近岸余流自东向西沿岸流动。本研究在东沙群岛周边的模拟结果与前人基于实测资料的分析吻合较好, 并且由于采用了高精度的三角网格, 本文对东沙群岛周边海域的潮汐潮流结构和性质的刻画和分析是迄今为止较为精细的, 同时本研究还提高了对沿岸验潮站调和常数的模拟精度。     

2015年6月南海北部陆坡气旋-反气旋涡对陆坡水文和环流影响的观测

利用2015年6月南海北部现场观测的水文数据,结合卫星高度计资料,分析了2015年6月13日—28日南海北部陆坡在气旋涡-反气旋涡的双涡结构影响下的水文和环流特征。结果表明,2015年6月南海北部陆坡调查海区表层50 m以浅盐度存在NE—SW向低盐区,表层盐度最小值低于32,这表明南海北部陆坡存在跨陆架海水输送。在观测期间,南海北部陆坡调查海区受气旋涡和反气旋涡双涡结构影响,使得南海北部陆坡表层100 m以浅存在跨陆坡流,流速最大值出现在两涡交汇区域。此外,通过潜标连续海流资料,发现南海北部陆坡环流呈现了“深入浅出”(100 m以深层为向岸的入侵、以浅层为离岸的出流)的“两层结构”。     

基于漂流浮标观测分析日本福岛以东表层海洋物质的散播轨迹

认识海洋中的物质如何散播对于理解海洋环境变化和人类活动污染在海洋中的扩散过程具有非常重要的意义。利用历史海表漂流浮标观测数据,对日本福岛以东海域的表层物质散播轨迹进行了拉格朗日示踪分析和观测模拟试验研究。结果发现,福岛以东海域海表浮标的散播路径主要分为东、南两支,其中速度较快的东支为主要通道,沿黑潮延伸体汇入北太平洋流,最短用时大约22个月即可到达北美西海岸;南支则沿黑潮延伸体以南的大范围南向流向西南方向运移,速度较慢且明显受涡旋活动影响,最快大约5个月即可到达吕宋海峡和中国台湾以东海域,进而进入南海和东海等中国近海海域。通过开展观测模拟试验,发现海表浮标散播的概率密度分布呈现以福岛附近海域为核心、向西南和正东方向递减扩展的形态,其中,到达中国近海的浮标主要通过吕宋海峡进入。文章详细讨论了研究结果的局限性、不足之处,以及因基于大量现场观测而具备的重要参考价值。     

雷州半岛珊瑚幼虫补充来源初步研究

通过对中国南海北部珊瑚礁资源的调查,系统分析不同区域珊瑚礁群落的相近性.结合不同珊瑚的区域性和繁殖特点,推测雷州半岛珊瑚幼虫的外部来源主要是海南岛沿岸、越南沿岸以及广西沿岸的珊瑚群落.通过设定数值模型,跟踪拉格朗日轨迹方程,追踪到每年3-6月份从中国西沙群岛到雷州半岛的珊瑚幼虫扩散路径,验证了对外来幼虫的推测.通过对珊瑚幼虫扩散路径的初步研究,很好地揭示了我国珊瑚源的问题,揭示了雷州半岛珊瑚礁资源由于外部幼虫来源不足而减少的原因,同时也提出了保护珊瑚幼虫来源、保护输运路径的新的珊瑚礁保护区管理理念,以更好地保护珊瑚礁资源.     

Correlation study on planktonic Ostracoda with water systems in the northern South China Sea contine

Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｌａｎｋｔｏｎｉｃ　Ｏｓｔｒａｃｏｄａ　ｗｉｔｈ　ｗｔｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈｅｒｎ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ　ｃｏｎｔｉｎｅTXＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｐｌａｎｋｔｏ...     

南海环流的三维数值模拟

本文采用Backhaus的三维海流模式,运用半隐式及C-网格方法求解基本方程,对南海各季的平均海流流场进行了数值模拟。将模拟结果与已有的研究结果进行比较,其主要流系基本上是相符的,夏季表层基本上为一反气旋型环流;冬季则转变成气旋型;在冬季,从50m层起开始显露出“南海暖流”的存在。这些表明南海海流的某些主要特征基本上已经被此模型成功地再现出来,同时此模型又给出了垂直方向各层的海流情况,在目前尚缺乏深层实测海流资料的情况下,上述深层海流的模拟结果有一定参考意义。     

A high-resolution numerical modeling study of the subtidal circulation in the northern South China Sea

A high-resolution, regional, numerical-model-based, real-time ocean prediction system for the northern South China Sea, called the Northern South China Sea Nowcast/Forecast System (NSCSNFS), has been used to investigate subtidal mesoscale flows during the time period of the Asian Seas International Acoustic Experiment (ASIAEX) field programs. The dynamics are dominated by three influences; 1) surface wind stress, 2) intrusions of the Kuroshio through Luzon Strait, and 3) the large-scale cyclonic gyre that occupies much of the northern South China Sea. Each component primarily drives currents in the upper ocean, so deep currents are rather weak. Wind stress is especially effective at forcing currents over the shallow China shelf. The Kuroshio intrusion tends to flow westward until it meets the northern edge of the large-scale cyclonic gyre. Together, these currents produce an intense, narrow jet directed northwest toward the continental slope, often in the region of the ASIAEX field programs. Upon reaching the slope, the current splits with part flowing northeastward along the slope and part flowing southwestward, producing large horizontal and vertical shears and making this region dynamically very complicated and difficult to simulate. The Kuroshio intrusion tends to be stronger (weaker) when the northeasterly winds are strong (weak) and the large-scale gyre is farther south (north), consistent with conclusions from previous model studies. At the northern boundary, the model produces a persistent northward flow through Taiwan Strait into the East China Sea. Data assimilation in the NSCSNFS model is shown to dampen the system, extracting energy and causing the entire system to spin down.     

南海吕宋海峡21°N附近多潜标观测的上层海流

为了了解潮流从西北太平洋经吕宋海峡进入南海内的变化及其垂向结构,本文利用在吕宋海峡附近沿东西方向布放的多套潜标同步获得的高分辨率ADCP长时间连续观测上层海流资料,使用调和分析方法将实测海流分解成3部分:不随时间变化的定常流、周期性潮流和剩余流,并将潮流分解为正压潮流和斜压潮流。通过对实测海流中各组分的分析,得到以下结论:该区域潮流类型在不同深度上有明显变化;M2潮自吕宋海峡传入南海后强度显著减弱75%左右,K1、O1分潮在上层强度减弱约三分之一。从垂向变化来看,在潮流强度上,各站点垂直方向上潮流强度均发生变化。从方向上看,各分潮潮流椭圆东西向特征明显,长轴变化较大,短轴(南北向特征)垂向变化不显著;潮流运动主要沿逆时针方向,垂直方向上潮流明显减弱或增强时会发生转向。斜压潮流主要集中在上表层,100m左右以下随深度逐渐减弱。东西方向斜压潮流能量比正压潮流强,而南北向的流比较稳定,且斜压潮流能量远小于正压潮流。定常流强度在各站点呈现相似的变化趋势,随深度变化减弱。     

Bohai Sea oil spill model: a numerical case study

An operational Bohai Sea oil spill serving module (BSOSSM) that can provide users with trajectory and movement information of the released oil is developed for the purpose of informing mitigation of oil spill incidents in the Bohai Sea, China. BSOSSM is one of the serving modules that had been integrated in China digital ocean prototype system, a marine information platform for managing, displaying and disseminating all the data investigated by China 908 Program. The oil spill trajectory is calculated by an oil spill model (OSM), which serves as a component in BSOSSM. The impacts of wind, current, as well as Stokes drift on oil spill trajectory are studied by sensitivity experiments conducted using OSM. Simulation results indicate that wind forcing is the most important factor in controlling the oil trajectory at the sea surface in Bohai Sea, whereas current and Stokes drift play relatively less important roles. However, because the direction of waves generally follows that of the wind, Stokes drift does lead to an increase in oil drift and spreading velocity. Case studies of the Penglai 19-3 oil spill incident (June 2011) and Xingang oil spill (April 2005) demonstrate that OSM can generally reproduce the oil spreading, and is therefore capable of supporting the emergency response of future oil spills in the Bohai Sea through BSOSSM.     

南海上层环流季节变化的诊断计算

通过一个全球的二维诊断模型,采用Levitus温盐资料和COADS风应力资料,并结合动力计算来研究南海上层环流的季节变化。计算结果与其它模式结果和观测结果非常相似。南海北部(南部)全年存在一气旋式(反气旋式)环流。在冬季气旋式环流几乎占据了整个南海,夏季则以反气旋式环流为主。泰国湾的环流在冬季(夏季)是气旋式的(反气旋的)。南海的西边界流有明显的季节变化,其在冬季从卡里马塔海峡流出南海,夏季部分西边界流从台湾海峡流出南海。越南离岸流在春季就开始出现,其位置比夏季的越南离岸流的位置偏北。     

南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统

应用科学计算可视化新技术，结合动力海洋学、计算数学、计算机图形学和计算机技术，以通用３８６微机作支持硬件系统，用ＭＳＦＯＲＴＲＡＮ语言、汇编语言和图形核心系统（ＧＫＳ）软件包，研制开发出南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统。该系统不仅能够利用南海风场和流场资料，按所选定的海上溢油漂移扩散计算模式模拟计算出海面溢油浓度分布情况，而且还能够把模拟计算结果以图形方式实时、动态地显示在屏幕上，从而形象、直观地看到溢油漂移扩散变化的全过程。     

南海深水区水下溢油三维可视化模拟系统研发与应用

针对南海油气田勘探开发溢油污染防治需求,开发了国内首套深水区水下溢油三维可视化模拟系统,由三维海流预报模型、深水溢油模型、三维可视化仿真系统和数据库组成。海流预报模型基于ROMS模式,通过考虑波致混合影响,并利用最优插值技术同化卫星测高资料和嵌套技术,保障了预报结果的准确性。深水溢油模型由羽流模型和对流扩散模型组成,考虑了卷吸、油气分离、溶解、水合物生成、漂移、扩散等复杂过程。系统能够预测深水区水下油气泄漏后行为和归宿过程,提供油、气、天然气水合物粒子的大小、分布、移动速度和漂移轨迹、扩散面积、水体溢油残存量、水面溢油量等三维可视化动态模拟结果。目前系统已经在油气田勘探开发中得到应用,为南海深水溢油应急提供了重要支撑。     

渤海及黄海北部的风海流数值计算及余流计算

依据黄渤海实测风的资料对渤海及北黄海进行了月平均风海流数值计算。计算表明 ,1月份在西北风的作用下 ,在渤海出现 1个逆时针旋转的环流 ,在辽东湾北部及黄海北部出现 1个顺时针旋转的环流 ,渤海海峡的海流北进南出。 7月份在南风和东南风的作用下 ,风海流的变化形式与 1月份大致相反 ,海峡处呈南进北出的形式。对渤海中部某点 1年的潮流资料通过低通滤波的方法计算逐时的余流值 ,得到该点 1年内表层最大的实测余流为 31.9cm/ s,全年 90 %多的时间内表层余流小于 10 cm/ s。对辽东湾北部某点和渤海湾西南部某点数月潮流资料也进行了低通滤波 ,并将得到的逐时余流与同步风作了比较。依据该 2点风和余流的关系以及黄海北部 6个点风和余流的关系验证了风海流数值计算的结果 ,表明在这些点上实测与计算结果拟合良好     

海上无动力船舶漂移轨迹模型及其在“桑吉”油轮漂移模拟中的应用

无动力或破损的船舶在海上自由漂移对海上的各项生产活动是一个巨大的危险。通过对海上漂浮的船舶进行受力分析,考虑船舶的外形特征及漂浮状态,建立了海上船舶漂移轨迹模型,对船舶海面以上与以下侧向投影面积之比(面积比)、风拖曳系数、流拖曳系数等参数均进行了敏感性分析,并针对2018年1月6日爆燃的"桑吉"油轮漂移轨迹开展了模拟应用。结果表明该模型针对不同类型海上船舶的漂移轨迹有一定合理的模拟能力,船舶面积比是准确模拟漂移轨迹的一个重要参数,同时,该模型对风拖曳系数、流拖曳系数较为敏感。针对"桑吉"油轮的模拟,科氏力的作用不可忽视,考虑科氏力作用后漂移轨迹的模拟效果得到了很好的改善。     

黄海潮波系统下的GOCI反演及OSU模式海表流场数据适用性研究

黄海呈现独有的地形条件,且该海域的潮波运动独具特征。本文利用静止海洋水色成像仪（Geostationary Ocean Color Imager, GOCI）遥感反演和俄勒冈州立大学（Oregon State University,OSU）潮流模式分别获取了黄海海域的海表流场,基于该海域独特的潮波系统提出并识别潮波干涉区,进而对GOCI反演的流场做潮流提取,并对两种潮流数据作分区可用性评价,通过实测的漂流浮标数据验证评估。结果表明：利用GOCI反演和OSU潮流模式获取的海表流场具有一定程度的可靠性,GOCI反演的海表流场的流速平均相对大小误差值为0.77,OSU潮流模式获取的海表流场流速平均相对大小误差值为0.49;在靠近潮波干涉区的黄海中部海域,GOCI潮流数据与实测数据在方向上的一致性要优于OSU潮流数据,两者平均角度误差值分别为48.45°和63.10°;在远离潮波干涉区的黄海近岸海域,OSU潮流数据与实测数据在速度大小和方向上的一致性要优于GOCI潮流数据。     

南海Argo浮标观测结果初步分析

对投放在南海内部的4个Argo浮标轨迹特征,温、盐结构及漂移速度进行诊断分析发现,Argo浮标剖面温、盐观测结果和气候态资料一致,同时上层海洋温、盐剖面资料表现出周期约2月的扰动信号,并且温跃层起伏与同期海表高度异常相关显著。和高度计资料计算而得的海表地转流相比,由Argo浮标漂移轨迹计算的表观流量值较小。在季节时间尺度上,Argo浮标表观流和Argo浮标所停留的中层参考面季节性海流相一致。     

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。     

南海北部海流观测结果及其谱分析

为了掌握南海北部海区的海流及潮流情况,利用2000年8-11月在南海北部海区75天的ADCP定点流速观测资料,对海流的观测结果、海流前进矢量图、海流的日平均流速、海流随时间和深度的变化情况、正压流速的矢量旋转谱和斜压流速的二维矢量频率波数谱以及正压潮流进行了分析研究。结果表明,此处海流主要为逆时针方向旋转,并且K1和M2为主要分量。这说明南海北部海区的海流及潮流变化比较复杂,需要大范围的长期观测才能更好她掌握其特征与变化规律。