Mooring observed mode-2 internal solitary waves in the northern South China Sea

The mode-2 internal solitary waves (ISWs) generated by mode-2 internal tide (IT) are identified by mooring observations in the northern South China Sea (SCS) from 2016 to 2017. Two mode-2 ISWs with a re-appearance period of 24.9 h observed on 29 and 30 July 2016 are characterized by type-b ISWs. They occurred when the isotherms compressed obviously in the vertical direction. Modal decomposition of IT horizontal currents shows that the vertical compression of the isotherms is mainly caused by diurnal mode-2 IT. The analysis of the role of the density stratification reveals that a deeper and thinner pycnocline is favorable for generation of mode-2 ISWs rather than pycnocline intensity. By comparing the mode-2 nonlinear, dispersion coefficients and the Ursell numbers calculated based on the stratification associated with different kinds of ITs with the observation results, it is shown that the diurnal mode-2 IT plays a crucial role in the generation of the mode-2 ISWs. When the diurnal mode-2 IT interacts with the semidiurnal IT and causes a deeper and thinner pycnocline, the mode-2 ISWs are easily excited.     

南海北部陆架区内孤立波向岸传播过程研究

南海北部是全球海洋中内孤立波最强和最为活跃的海域。然而,内孤立波在传入陆架区后,其形态发生显著变化,其传播演变过程表现出高度的复杂性。本研究综合卫星图像和数值模式手段研究了内孤立波在向岸传播过程中的空间变化特征。可见光卫星图像研究结果显示,南海北部陆架区存在三种形态的内孤立波,分别为第一模态下凹型内孤立波、第一模态上凸型内孤立波和第二模态内孤立波。受水深和层结变化的控制,它们的分布区域显著不同。基于MITgcm的数值模拟研究表明,上凸型内孤立波由第一模态下凹内孤立波经过极性转换过程发展而来,而第二模态内孤立波由第一模态下凹内孤立波与急剧变浅地形相互作用而产生。     

一个典型南海北部第二模态内孤立波的观测分析

第二模态内孤立波在海洋中极少被观测到。本文基于潜标高时空分辨率观测数据,对南海北部陆架区的一个典型第二模态内孤立波进行了分析。结果表明,该第二模态内孤立波的流核出现在135 m深度处,其最大水平流速为0.66 m/s,传播方向为西偏北58°。沿传播方向的内孤立波流速分布在80～170 m的深度范围内,而与传播方向相反的逆流出现在海表和海底附近。垂向模态分析表明,该第二模态内孤立波水平流速的垂向结构与理论结果吻合良好。能量计算结果显示其动能密度的垂向积分可达14 kJ/m2,而波峰线方向单位长度上的动能估算值为5.98 MJ/m。尽管该第二模态内孤立波的动能比陆架区第一模态内孤立波小1个量级,但其高达0.045 s-1的流速垂向剪切约为典型第一模态内孤立波的2倍,表明其导致的混合可能更强。     

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。     

南海北部孤立波对近岸波动的响应

On the basis of the time series observations from a temperature chain and an acoustic Doppler current profiler on the continental shelf of the northern South China Sea, a sequence of internal solitary waves （ISWs） and background waves （BWs, including internal tides and near-inertial waves） on the continental shelf were captured simultaneously after the transit of Typhoon Neast in October 2011. These measurementsprovided a unique opportunity to explore the influence of BWs on the ISWs. The BWs appeared a conversion on the current strength and vertical mode structure during the observational period. The BWs were dominated by weak and mode-one waves before October 2 and then turned to strong and high-mode waves after that time. Meanwhile, the ISWs displayed different wave structures before and after October 2, which was closely related to BWs＇ changes. According to the current profiles of BWs, the high-mode wave structure with strong current could significantly strengthen the vertical shear of ISWs in the near-surface layer and promote the breaking of ISWs, and thus it may play an important role in affecting the background current condition.     

南海北部陆坡区内孤立波的垂向热量输送

An integrated analysis of internal solitary wave(ISW) observations obtained from two moorings over the continental slope in the northern South China Sea(SCS) leads to an assessment of the vertical heat transport of the ISWs. The clusters of ISW packets are phase-locked to the fortnightly cycle of the semidiurnal tide. The ISWs appear during large semidiurnal tides, and there is a period of 5–6 d when no ISWs are observed. The effect of the ISWs on the continental slope heat budget is observed. The ISWs can modify a local temperature field in which the temperature in the upper layer can be changed by O(100) °C after the ISWs passed the mooring. Both ISWinduced diffusion and ISW-induced advection contribute to the temperature variation. The estimates imply an average vertical heat flux of 0.01 to 0.1 MW/m~2 in the ISWs in the upper 500 m of the water column. The vertical heat transport ranges from 0.56 to 2.83 GJ/m~2 with a mean value of 1.63 GJ/m~2. The observations suggest that the vertical heat transport is proportional to the maximum vertical displacement.     

南海北部东沙群岛西部海域的海底沙波与内波的研究进展

南海北部外陆架和上陆坡分布着大量的各种类型的深水沙波,经过统计,这些沙波的活动性十分迥异,有着不同于浅水沙波的运移机制。基于国内外对该地区沙波研究成果的总结,指出天文潮、风暴潮等因素均不可能造成海底沙波的持续运动。南海北部同时是世界上内波活动最频繁的区域,与沙波活动区存在空间一致性。经过本文的综述分析,南海北部频发的内波可以造成海底的强流,是造成该海域海底沙波活动的主要原因,未来应在此框架理论下,进行相关证实研究。     

冬季东海及南海北部海域初级生产力和新生产力的初步研究

采用14C与15 N核素示踪方法,于2008年12月—2009年1月对东海和南海北部海域的初级生产力和新生产力的分布进行了研究,并对其环境制约机制进行了初步探讨。结果表明:调查海域叶绿素a质量浓度在空间分布上呈近岸高、外海低,表层高、真光层底部低的分布趋势。东海海域的积分初级生产力(IPP)和积分新生产力(INP)均低于南海北部海域,f比值为东海海域>南海北部海域,东海海域新生产力(NP)对初级生产力(PP)的贡献大于南海北部海域。浮游植物对氨盐的吸收速率(ρNH4)显著大于对硝酸盐的吸收速率(ρNO3)(P<0.05)。水柱平均新生产力与环境参数的相关性分析结果表明,营养盐是影响冬季调查海域新生产力的主要因素,温度和盐度为次要因素。     

南海北部陆坡海域内波谱特征

本文对1998年南海季风实验中定点观测的声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP）海流数据进行频谱分析,结果表明南海北部地区内波之间的非线性作用的强弱影响着该海域的内波谱特征。在季节性温跃层（水深22m和58m）中,由于存在着强的非线性作用,内波带的谱斜率趋于σ^-1和σ^-2之间,而且较高能量的潮谐波频率的峰值随着频率呈现少见的一。递减。在季节性温跃层（水深130m）以下,内波非线性相互作用较弱,观测的内波带谱特征与标准Garrett-Munk内波谱相似,均显示了σ^-2的谱斜率。     

Upper-ocean variation in the northern South China Sea from mooring station observations

I~IOXThe northern South China Sea is the frontal region for the water exchange between the sleuthChina Sea (SCS) and its neighboring seas. Its northeast part connects to the East China hothrough the Taiwan Strait and the east part ~ates with the Pacific Ocean by the LUZOn Strait.The a~heric interface over the northern SCS is the important paSSage for the South China Seamourn. Therefore, the uPPer vallationS Of the northern SCS are not Only affected by the dynndc and thermed~c d…     

南海北部a波和b波的生成与传播特征的数值研究

本文基于真实地形、潮汐的高分辨率三维MITgcm海洋环流模式,对南海北部a波（大振幅波列形式）和b波（孤立子形式）的生成与传播特征进行了数值研究。首先,我们总结和分析了这些波动的生成与传播特征。然后我们计算了吕宋海峡的能量收支。能量的生成在一天内有三个极大值,其中最大值对应a波的生成。吕宋海峡西边界的能通量一天内有两个极大值,较大的那个对应a波的生成而另一个对应b波的生成。我们设计了敏感性试验来探究吕宋海峡东西海脊对a、b波的生成和传播造成的影响。通过对比敏感性实验和标准试验的结果,发现对于a波的生成东海脊必不可少,但西海脊几乎没有影响。西海脊削弱了a波的振幅但未对a波波速造成明显的影响。b波来自于从东海脊生成的扰动信号。西海脊加强了这个扰动信号但减慢了它的传播速度。     

Asymmetric chlorophyll responses enhanced by internal waves near the Dongsha Atoll in the South China Sea

Internal waves (IWs) are small-scale physical processes that occur frequently in stratified marginal seas.IWs are ubiquitous and well documented in the northern South China Sea (n SCS),but few studies have explored the ecosystem responses to the IWs.MODISA chlorophyll-a (Chl-a) data from 2002 to 2014 were used to examine the distribution of Chl a near the Dongsha Atoll (DSA).Composite Chl a from about 40 IWs during spring and summer showed stronger response on the northern side than on the south...     

南海北部初级生产力遥感反演及其环境调控机制

选取VGPM模式对南海北部海域初级生产力进行反演,通过SeaWiFS和AVHRR提供的Chl a,K₄₉₀,PAR和SST等遥感数据产品计算得到了模式所需的各项参数,结合现场实测数据对模式进行了修订和误差分析.在此基础上通过反演计算获得了南海北部海域7 a平均(1998～2004年)初级生产力逐月分布图像.研究结果表明,研究海域初级生产力(C)分布趋势为由沿岸带向陆架以及外海逐渐降低,其中沿岸带区高于400 mg/(m2·d),外海区大致在100～300 mg/(m2·d);初级生产力水平冬季最高[平均为608 mg/(m2·d)]、夏季最低[平均为292 mg/(m2·d)],春、秋季基本持平.控制初级生产力时空分布的因子主要有营养盐、温度、光照,其中又以季风和环流驱动下的营养盐变化对初级生产力的调控最为显著.     

南海北部台风海浪谱的双峰性和成长性

本论文通过对南海北部三次台风过境期间基于浮标观测的海浪谱进行分析,发现虽然大部分成熟的台风海浪谱为单峰结构,但实际上在台风海浪的成长和衰减阶段,双峰谱占据了很大的比例。双峰谱的形成主要是由于风浪和涌浪的叠加以及不同波分量之间的非线性相互作用,我们可以通过能量密度的成长率对谱型变化进行高效的预报。此外,台风海浪的主要波向依赖于台风中心相对观测点的位置,而波向的分散情况在相距台风中心较远的区域无明显规律。本文提出了一个新的六参数波浪谱型拟合双峰谱,其拟合效果相较于前人的谱型更好。通过验证,形状参数和谱宽度之间的理论关系依然适用于单个谱峰。通过分析谱参量的变化特征,证明了谱参量不仅与台风强度和台风路径相关,还存在很强的交互相关。最后通过拟合海浪谱数据,本文得到了台风影响下海浪有效波高和有效周期之间的成长关系,这对海洋工程实际应用具有重要意义。     

南海北部2011年台风“纳沙”尾迹处近惯性内波特征的研究

In September 2011, Typhoon Nesat passed over a moored array of instruments recording current and temperature in the northern South China Sea（SCS）. A wake of baroclinic near-inertial waves（NIWs） commenced after Nesat passed the array. The associated near-inertial currents are surface-intensified and clockwise-polarized. The vertical range of NIWs reached 300 m, where the vertical range is defined as the maximum depth of the horizontal near-inertial velocity 5 cm/s. The current oscillations have a frequency of 0.709 9 cycles per day（cpd）, which is 0.025 f higher than the local inertial frequency. The NIWs have an e-folding time-scale of 10 d based on the evolution of the near-inertial kinetic energy. The depth-leading phase of near-inertial currents indicates downward group velocity and energy flux. The estimated vertical phase velocity and group velocity are 0.27 and 0.08 cm/s respectively, corresponding to a vertical wavelength of 329 m. A spectral analysis reveals that NIWs act as a crucial process to redistribute the energy injected by Typhoon Nesat. A normal mode and an empirical orthogonal function analysis indicate that the second mode has a dominant variance contribution of 81%, and the corresponding horizontal phase velocity and wavelength are 3.50 m/s and 420 km respectively. The remarkable large horizontal phase velocity is relevant to the rotation of the earth, and a quantitative analysis suggests that the phase velocity of the NIWs with a blue-shift of 0.025 f overwhelms that of internal gravity waves by a factor of 4.6.     

南海北部相干内潮和非相干内潮演变特征

通过南海北部跨越陆坡和陆架区的3套潜标数据,对全日和半日相干、非相干内潮的动能变化特征进行了研究。研究表明,全日内潮沿陆坡区向陆架区传播的过程中,在陆坡区主要以全日相干内潮生成为主,平均动能生成率为2.32 J/（m3·s）;在陆架区以全日相干内潮耗散为主,平均动能耗散率为0.44 J/（m3·s）。全日非相干内潮动能在陆坡和陆架区均增长,平均动能生成率分别为0.39 J/（m3·s）和0.03 J/（m3·s）。全日与半日相干内潮动能在陆坡和陆架区的表现不同,陆坡区的全日相干内潮动能明显大于陆架区的全日相干内潮动能,而半日相干内潮动能在陆坡和陆架区没有明显差别;陆架区的全日和半日非相干内潮动能要大于陆坡区的全日和半日非相干内潮动能。     

南海北部上层海洋变化的定点观测分析

对南海季风试验(CSMEX)加密观测期(IOP)“实验3”号船在南海北部获得的CTD温盐和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)海流等观测资料进行分析,给出东沙群岛西南部大陆坡附近IOP两个阶段定点观测的海洋分量部分结果,通过分析海水的动力、热力学结构,描述夏季风暴发、维持期间该测站上层海洋的变化,讨论近表面水的温度、盐度和海流对海面风场的响应.     

基于数值模式的南海北部深层内潮季节变化特征分析

本文基于MITgcm非静力数值模式,采用实际地形、层结和潮流强迫,开展南海北部内潮数值模拟敏感性试验,分析夏冬两个季节南海北部深层内潮的差异。结果显示在南海北部深层,冬季K₁和M₂内潮流速振幅比夏季强10.1%和44.7%。垂向模态分析结果进一步表明,尽管南海北部深层冬季第一模态内潮动能密度比夏季低15.5%,但第二和第三模态内潮则是冬季比夏季高约25.1%和33.2%,导致冬季深层流速的垂向剪切大于夏季,表明冬季较强的高模态内潮可能是冬季南海深层强混合的一个原因。     

南海西北陆坡区内潮与近惯性内波观测研究

通过对2006年南海西北部海域近3个月的全水深流速观测资料的分析,研究了该海区正压潮、内潮及近惯性内波的时空分布特征。结果表明,全日内潮明显强于半日内潮,且最大潮流均出现在海洋上层;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直;内潮能量显示出明显的时间长度约为半月的大小潮调制周期;全日内潮的coherent部分占全日内潮能量的70%,而半日内潮的coherent部分占半日内潮能量的53%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第三模态能量占总能量的比例仅次于第一模态且量值上与之相当;强风过程可激发出强的近惯性运动,暖涡使得近惯性内波能量更有效地向海洋深层传播,冷涡则不利于近惯性内波能量向下传播。     

南海北部微微型光合浮游生物的丰度及环境调控

1999年夏季首次在南海北部海域进行了微微型光合浮游生物(photosynthetic picoplankton)的观测研究,发现了聚球藻(Synechococcus,Syn)、原绿球藻(Prochlorococcus,Pro)和真核球藻(Eukaryotes,Euk)3类微微型光合浮游生物存在,并对其丰度与分布及其环境调控机制进行了研究.结果表明,研究海区Syn,Pro和Euk丰度的总平均值分别为(5.0±7.6)×104,(4.6±4.2)×104和(1.8±1.1)×103个/cm3,Syn种群丰度的高值大多出现在营养盐丰富的雷州半岛及海南岛东部海域的河口、沿岸带与陆架,北部湾次之,是陆坡和开阔海的数十分之一;其水层分布主要在跃层以上,跃层以下其值迅速降低,发现Pro存在两个不同种群:表层种群和深层种群,前者分布型式与Syn相似,后者的分布型式迥然不同,其丰度向营养盐贫瘠的外海、陆坡和开阔海显著增高;同时发现Pro水层分布的高值主要出现在真光层的底部,并往往出现在硝酸盐跃层之上,Euk在不同海域的分布差异不如Syn和Pro来得大,但仍以沿岸带与陆架为高,陆坡与开阔海较低,水层分布的高值大多出现在真光层的底部,而且它是对次表层叶绿素a极大值的主要贡献者,这些分布型式的差异,取决于环境的调控和3类生物生态生理适应的差异.研究海区Syn,Pro和Euk 3类微微型光合浮游生物对微微型光合浮游生物生态生理适应的差异.研究海区Syn,Pro和Euk3类微微型光合浮游生物对微微型光合浮游生物群落总丰度的贡献分别为50.996,47.3%和1.8%.