南海上层对台风响应的模拟研究

利用中尺度海气耦合模式对2006年第1号台风Chanchu海气相互作用的模拟结果.分析了南海上层海洋对台风的热力和动力响应特征.研究发现:模拟的chanchu影响下南海SST分布与观测较为符合;与SST降低相对应的是混合层深度普遍增加,较大的海面冷却对应了较大的混合层加深;在台风作用下,海面上产生了一个气旋式环流,随着台风中心的移动而移动.流场呈现明显的不对称结构;模拟结果表明南海对台风的响应具有很明显的近惯性振荡特征.     

南海海洋环流季节变化的数值模拟研究

基于POM(Princeton Ocean Model)海洋模式,对南海不同深度环流的季节性变化进行了数值模拟研究。模拟结果表明:南海表层和上层环流受季风影响,在夏季西南季风驱动下,南海表层环流在南部呈现强反气旋式结构,在南海北部则是一个弱的气旋环流;在冬季东北季风驱动下,南海表层环流结构呈气旋式,并且明显加强了沿越南沿岸向南流动的西边界流;春季和秋季为南海季风的转换期,其对应的环流特征也处于冬季环流与夏季环流的过渡流型,流速与冬季和夏季相比较弱。南海200m层环流的季节变化与表层相似。在500与1 000m层,则出现许多处中尺度漩涡,流场也变得较为紊乱。     

南海上层环流观测研究进展

回顾了近50a来南海环流研究的进展，重点介绍了近期有关南海上层总环流的观测研究成果，并就南海季风急流、南海暖流、南海南部的次海盆尺度环流，以及南海东北部环流的几个问题进行了专门讨论。     

南海环流动力机制研究综述

南海的环流复杂,但通过近20 a来的研究工作,国内外学者对此已取得了不少的成果.本文就南海环流框架性的问题,综述了有关的文献,认为对南海上层海洋三方面的环流分量的驱动机制已有了初步的认识.这三方面分别是:(1)准季节性风场;(2)黑潮向南海的净输运;(3)黑潮向南海的涡度平流输送.但是对这些驱动的时空变化仍相当不清楚.三者皆增强了南海北部的海盆尺度气旋式环流,其强化的西南向西边界流靠近东沙群岛,建议称为“东沙海流”.没有水文证据显示黑潮水是以分支形式进入南海,其向南海的输运也不可能主要通过中尺度涡过程,具体机制有待研究.每年在南海生成的中尺度涡平均约有10个,风场与沿岸地形所生成的强风应力旋度可能是其主要的驱动机制.作为框架性的认识,也有三方面的工作进行得较少,即:(1)吕宋海峡的上层水交换;(2)南海的中尺度涡生成机制,虽然强风应力旋度及前述的第三种环流驱动机制也有中尺度涡伴生;(3)自吕宋海峡进入的深层水对南海上层海洋环流的影响.     

东北季风与南海海洋环流的相互作用

针对冬、春季南海区风场，表层海流、海温场的季节变化，选用了２＾１／３层海洋模式和简单一层大气边界层模式，研究了冬、春季我作用下南海上层海洋环流的基本形态及其对ＳＳＴ的影响，估算了这种影响对海南风场的反馈效应。研究结果表明，冬、春季东北 与南海五流的相互作用对吕宋岛西部海域的气旋式冷涡的形成和维持有利。冬季（１月）强东北风作用使南海上层为一气旋式环流，上层环流对季风的反馈作用可使南海西北部东北风减弱     

南海风生正压环流动力机制的数值研究

利用ECOM si模式 ,1 0′× 1 0′水平分辨率 ,垂向 2 0个σ层 ,由H/R( 1 983)气候学月平均风应力场和开边界流量驱动 ,模拟了南海风生环流的季节变化 ,并针对南海冬夏季风生正压环流的动力机制进行了数值实验。实验中考虑以下动力因子对南海冬夏季环流的影响 :1 )开边界入流和出流 ;2 )风应力旋度 ;3)地形 ;4)惯性效应 ;5 ) β效应。数值实验表明 ,通过开边界进入南海的流量与风应力在南海内部引起的流量量值相当 ,特别是冬季两者对北部陆坡边界流和南海西边界流均有重要贡献 ;冬季南海海盆尺度气旋式流圈主要是由风应力旋度引起的 ,但平均风应力可以加强卡里马塔海峡的出流 ,而北部反气旋风应力旋度可引起南海暖流 ;陆坡地形使得海盆尺度冬季气旋式流圈中心限制在深海区 ,南海北部陆架的存在大大削弱了南海暖流的强度 ;惯性效应对南海环流的整体结构无明显影响 ,但使得黑潮入侵和台湾西南的流套变弱 ;深海海盆环流中 β项是与风应力旋度平衡的基本项 ,且 β效应对环流的西向强化和吕宋海峡入侵作用至关重要     

南海海洋动力过程观测与模拟研究进展

主要从动力学角度回顾了近年来与南海环流有关的南海物理海洋学调查与模拟研究的进展。目前,对南海上层海洋海盆和次海盆尺度季节性环流的基本模态已经有了比较一致的认识,对特定区域中尺度的环流特征也达成共识。已有的观测和数值模拟研究工作在以下几个方面取得了很大的进展：研究南海准定常涡旋的空间分布,获得其时间演化的主要特征及影响其形成和演化的可能因素;研究行星波动在南海环流建立与调整过程中的作用,获得南海低阶行星波动的速度场分布以及南海环流建立与调整的典型时间尺度;分析并讨论南海与其周边海域,尤其是与西太平洋海域水交换的形式及其影响因素,初步了解海峡水交换的季节差异及其水平和垂向结构,提出黑潮入侵南海的几种形式。未来南海环流的研究方向将扩展到能量学机制方面,并包括热量、动能、动量和涡度等物理量的多时空尺度迁移。     

南海的季节环流─TOPEX/POSEIDON卫星测高应用研究

应用1992～1996年的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,研究了冬、夏季风强盛期多年平均的南海上层环流结构。研究结果表明,南海上层流结构呈明显的季节变化,在很大程度上受该海区冬、夏交替的季风支配。冬季总环流呈气旋型,并发育有两个次海盆尺度气旋型环流;夏季总环流大致呈反气旋型、但在南海东部18°N以南海域未见明显流系发育。研究还表明,南海环流的西向强化趋势明显,无论冬、夏在中南半岛沿岸和巽他陆架外缘均存在急流,其流向冬、夏相反,是南海上层环流中最强劲的一支。鉴于该海流的动力特征与海洋动力学中定义的漂流不同,有相当大的地转成分,建议称为“南海季风急流(South China Sea MonsoonJet)”.冬季南下的季风急流在南海南部受巽他陆架阻挡折向东北,沿加里曼丹岛和巴拉望岛外海有较强东北向流发育。夏季北上的季风急流在海南岛东南分为两支:北支沿陆架北上,似为传统意义上的南海暖流;南支沿18°N向东横穿南海后折向东北;二者之间(陆架坡折附近)为弱流区。两分支在汕头外海汇合后,南海暖流流速增强。就多年平均而言,黑潮只在冬季侵入南海东北部,并在南海北部诱生一个次海盆尺度的气旋型环流,这时南海暖流只出现在汕头以东海域.夏季南海北部完全受东北向流控制,未见黑潮入侵迹象.用卫星跟踪海面漂流浮标观测进行的对比验证表明,以上遥感分析结果与海上观测一致。     

涡分辨率的南海区域海洋环流模式构建技术研究

针对复杂海洋中尺度现象模拟仿真的技术难题,利用区域海洋环流模式ROMS,通过模式的网格构建、地形处理以及模式的初始场和强迫场处理技术,构建出一套涡分辨率南海区域海洋环流模式。通过模式模拟结果与卫星遥感实测资料等对比,发现该模式能够较好地模拟出南海涡旋及其引发的海温异常等海洋中小尺度过程,说明该模式可作为研究复杂海洋中尺度现象影响海军武器装备效能的环境数值仿真手段。     

季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征初探

季风驱动下的南海海洋动力过程有着季节性的多尺度变化特征, 显著影响南海海洋生态系统的演化进程。海洋细菌作为海洋生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分, 对环境变化和海洋多尺度动力过程有着积极的响应。将微生物生态过程与海洋动力过程相结合, 研究微生物的群落结构、动态变化及其与海洋环境过程的耦合, 是目前国际海洋科学多学科交叉研究的热点之一。文章以国家自然科学基金重点项目“季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征及其生物海洋学意义”的主要研究成果为基础, 从南海北部上升流、海洋锋面、中尺度涡旋、次中尺度过程及其对海洋细菌多样性和生态系统可能的影响等几个方面, 探讨当前的研究进展和初步研究成果。     

南海冬季环流数值模拟

用已成功地模拟了大尺度环流和黑潮的三维、斜压以及具自由海水表面的数值模式,模拟了冬季南海流场、温度场和海面高度场。所用网格为0．25°×0．25°,垂直方向分为6层;除巴土海峡和台湾海峡外,其它边界假设为封闭;巴士海峡和台湾海峡的边界值用已模拟的大尺度环流值。模拟结果基本上反映了南海冬季环流的特征。从模拟结果可知,黑潮从巴士海峡南部进入南海后,其大部分又从对21°以北返回大洋。巴士海峡西侧的气旋型环流似乎具有相对的独立性;当然,涡旋东侧在巴士海峡的N向流可能与黑潮水混合,而且从这支流中分离出－小支流继续向北,汇入到“南海暖流”中。黑潮水虽然大部分返回太平洋,但是巴士海峡西侧的气旋型环流是由巴士海峡处的黑潮诱发的,南海海底地形对南海环流的形态（特别是对“南海暖流”的形成）有很大的影响。     

1998年冬季南海上层环流诊断计算

基于1998年11月28日至12月27日的调查航次的CTD资料,采用P矢量方法对调查期间南海环流进行了诊断计算,也对比了在此期间TOPEX/ERS卫星高度计SSH的资料,得到了1998年冬季南海上层环流的以下一些重要特征.(1)南海中部环流系统主要特征:在冬季越南近岸出现西边界南向射流.这支沿岸南向射流以东、114°E以西存在一个尺度大的、显著气旋式环流,它位于南自10°N左右北至16°N附近区域.在区域东中部存在一个尺度不大的、较弱的反气旋暖涡.该反气旋涡中心约位于14°N附近.在上述强的气旋式环流涡与较弱的反气旋式环流涡之间,存在一支强的、逆风方向的,即偏东北方向的海流.上述是冬季南海中部基本流态,并与200m处水平温度分布与密度分布有很好的对应.产生上述基本流态的动力原因有两个:1)在偏东北季风作用下,与地形变化相互作用,是本文首次提出的,并指出,其动力原因与冬季黄海暖流形成机制有相似之处;2)由于斜压场与地形的联合效应(JEBAT).(2)在海区南部存在一个反气旋式环流,在加里曼丹岛西北还有一个尺度不大、冷的气旋式涡.(3)南海北部环流系统:1)在吕宋岛西北明显地存在一个气旋环流系统,并有3个冷水中心;2)在此气旋式环流系统的一个冷水中心(约19°30'N,119°30'E)以西,存在一个反气旋式涡;3)在海南岛以南出现一个暖的、反气旋式环流;4)在南海北部,114°E以东、广东沿岸外侧存在一支东北向流.这是管秉贤首次指出的,冬季时出现南海暖流.(4)上述1998年冬季南海上层环流的一些重要特征都与此期间TOPEX/ERS-2卫星高度计SSH分布有较好的相对应.     

全球变暖背景下南海动力海平面变化

由于分辨率不足等原因,当前大部分全球耦合气候模式对南海等海洋区域的模拟能力仍然较低。本文基于超高分辨率（Ultra high-resolution） CESM-UHR耦合模式（大气和海洋水平分辨率分别达到约25 km和约10 km）研究了南海动力海平面对全球变暖的响应。研究发现：（1） CESM-UHR能够较好地模拟出南海冬、夏季节性动力海面高度和表层环流变化;（2）在四倍二氧化碳试验下,冬季南海动力海平面变化呈现出中部低、近岸高的分布特征;夏季则呈现出西北部低、东南部高的分布特征,分别对应冬、夏表层地转流增强趋势;（3）冬、夏动力海平面变化特征与风应力旋度变化具有很好的对应关系;（4）全球变暖下南海海平面变化存在季节循环放大效应,这将增大南海极端水位灾害风险。     

台风影响南海上层环流的统计分析研究

利用温州台风网台风信息以及卫星遥感海表风场数据,研究了南海上层环流对台风的响应特征。合成分析发现,台风以Ekman输运的形式,能够诱发上层海洋十几厘米每秒的流速变化,并且主要集中在南海东部海盆。虽然台风引起的上层环流异常比较小,但是其方差非常显著。另一方面台风通过Ekman抽吸,引发上层海洋垂向运动异常,并且能够诱发强烈的等效混合。基于历史温盐数据发现,这种强的等效混合主要分布在吕宋海峡以西、越南以东以及台湾海峡,并且能够达到10~(-3)m~2/s的量级。     

南海上层海洋温度垂向结构的反演

南海上层海洋温度垂向结构对海洋气候研究及海洋防灾减灾具有重要意义,然而由于现场观测数据有限,很难获取高时空分辨率的网格化数据。基于2007–2021年的Argo剖面数据、海面高度异常数据和月平均气候态数据,评估了两层动力模型和多层回归模型在南海海区反演海洋温度结构的性能。两层动力模型反演得到的26℃（D26）与20℃（D20）等温线深度的均方根误差分别13.25 m和21.12 m,多层回归模型的D26、D20均方根误差分别11.55 m和14.32 m。通过对比2种模型的结果：多层回归模型在时间与空间上反演结果性能更佳。2种模型反演的南海上层海洋热含量空间分布较为一致,均能应用于台风“威马逊”的强度评估;然而,在南海特殊的强内潮的背景下,2种模型得到的D20性能都有所降低。     

黑海西北部涡旋与环流对跨陆架水交换的影响

涡旋对海洋中的能量传递和物质交换有重要作用。黑海西北部陆坡边缘是长生命周期涡旋经常发生的海域,但涡旋引起的陆架和海盆之间水交换通量的季节性特征,以及海盆边缘环流对跨陆架水交换的作用等方面的研究还不是很充分。本文对黑海西北部陆架区与深海盆区间的跨陆架水交换进行了研究,利用高分辨率三维原始方程模式模拟的温、盐、流等资料,结合涡旋自动探测方法,统计了黑海西北部海域的涡旋活动,研究了涡致跨陆架水交换的季节性特征,计算对比了2002年到2010年间海盆边缘环流与涡旋对跨陆架水交换通量的各自贡献。结果表明:黑海西北部地区海盆边缘环流强度与跨陆架进、出通量的相关系数分别为0.57和0.67,海盆边缘环流位置与跨陆架交换量的相关系数为0.52;海盆边缘环流强度与位置的季节性变化导致了黑海西北部跨陆架通量的季节性变化。黑海西北部地区表层3月到8月之间涡旋所引起跨陆架交换量约占了跨陆架交换总量的16%~31%;涡致跨陆架通量也具有季节性特征。文中对单个涡旋进行了详细研究:2005年5月5日到2005年7月20日之间在黑海西北部存在一个直径最大值时达到120 km的反气旋式涡旋,涡旋存在期间完成了从陆架区向深海区的水体传输,相当于黑海西北陆架区水体积的30.9%。     

南海冬季环流数值模拟

用已成功地模拟了大尺度环流和黑潮的三维、斜压以及具自由海水表面的数值模式,模拟了冬季南海海流场、温度场和海面高度场。所用网格为０．２５°×０．２５°,垂直方向分为６层：除巴士海峡和台湾海峡外,其它边界假设为封闭;巴士海峡和台湾海峡的边界值用已模拟的大尺度环流值。模拟结果基本上反映了南海冬季环流的特征。枞模拟结果可知,黑潮从巴士海峡南进入南海后,其大部分又从２１°Ｎ以北返回大洋。巴士海峡西侧的气肇型     

大洋环流的刚盖模式与自由表面模式的比较(英文)

首先从海洋原始方程组出发，讨论了刚盖模式（RL）与自由表面模式（FF）的闭合方程组的异同；在包括海底地形的同一模式海盆中，在相同外力──定常的海面风应力和加热场──强迫下，使用这两种模式分别进行了大洋环流的数值模拟。由于选用了适当的初值、运用了时间步长调整技术等，从而加快了模拟速度，节省了CPU时间。对此两模式的结果本文进行了详细比较，尤以流函数、水位、上层温度及垂直速度作为讨论的重点。比较结果证实：使用这两个模式模拟出的大洋环流的各种物理量是一致的。另外，又从大洋环流形成机制上对此一致性作了进一步讨论。最后对这两种模式进行了评价。     

LICOM模拟的南海贯穿流及其对南海上层热含量的影响

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据、XBT(Expendable Bathythermograph)观测数据和绕岛环流理论(island rule)诊断计算结果评估了一个涡相容(eddy-permitting)全球海洋环流模式——LICOM对南海贯穿流及南海上层热含量的模拟能力,同时利用模式输出探讨了南海贯穿流对南海上层热含量的影响。NEC(North Equatorial Current)分叉的垂向结构、南海内区环流的季节和吕宋海峡体积输送的年际变化等分析结果都表明,LICOM能获取西北太平洋-印尼海域环流和南海贯穿流的合理模拟结果。模式模拟的南海上层热含量季节变化与观测及同化数据都表现出良好的一致性,尤其在南海内区。相关分析表明,吕宋海峡热输送主要控制着南海内区上层的热含量变化,两者呈显著负相关,这进一步证实了南海贯穿流作为一支冷平流调制着南海上层热含量变化的重要事实。     

孟加拉湾上层地转环流周年变化的遥感研究

应用1993～2003年TOPEX/Poseidon卫星测高数据结合历史水文资料,反演了孟加拉湾海面动力地形的平均周年变化,探讨了孟加拉湾上层环流季节特征和演变规律.结果显示,虽然孟加拉湾的大气环流受季风支配年周期波动显著,但表层环流形态的周年演变却呈3个不同的阶段.1～4月间(东北季风后期)湾内受一个海盆尺度的强大反气旋式环流的支配,湾口为西向流;5月西南季风骤起,印度季风漂流越过印度半岛南端出现在湾口,湾内反气旋环流弱化,在其南北两侧各出现一气旋式涡,构成5～9月间南北相间的三涡结构;10月东北季风再起,湾口漂流再次转向,10～12月间湾内则为海盆尺度的弱气旋式环流.受上述环流格局影响,位于西边界的印度沿岸流亦呈相应的3个阶段变化.分析表明,孟加拉湾风应力旋度的变化是造成湾内环流3个阶段演变的主要原因.本地风场和来自赤道海域的外强迫的共同驱动形成了孟加拉湾环流周年演变的独特规律.