北太平洋副热带模态水形成区混合层热动力过程诊断分析

利用NCEP海洋数据和COADS海气通量资料,通过诊断分析,揭示了海表热力强迫、垂直夹卷、埃克曼平流和地转平流效应在北太平洋副热带模态水形成过程中的贡献。研究表明,在北太平洋副热带3个模态水形成海域冬季混合层降温过程中,海表热力强迫和垂直夹卷效应是主导因素,二者的相对贡献分别约为67%和19%(西部模态水)、53%和21%(中部模态水)、65%和30%(东部模态水);并且在东部模态水形成海域,埃克曼平流和地转平流皆是暖平流效应,而在西部和中部模态水形成海域,仅有地转平流是暖平流效应。进一步的分析表明,海洋平流(地转平流、埃克曼平流)对北太平洋副热带模态水形成海域秋、冬季混合层温度的年际、年代际异常有显著影响,在西部模态水形成海域,海表热力强迫(62%)和地转平流(32%)是导致混合层温度年际、年代际变化的主要因子;在中部模态水形成海域,混合层温度的年际、年代际变化是埃克曼平流(32%)、地转平流(30%)和海表热力强迫(25%)共同作用的结果;相对而言,东部模态水形成海域混合层温度的年际、年代际异常主要受海表热力强迫(67%)控制。     

北太平洋副热带西部模态水年代际变化特征及其机制分析

采用来自大洋环流模式ECCO2 (the estimating the circulation and climate of the ocean, phase II project)的再分析数据对1992—2019年北太平洋副热带西部模态水(subtropical mode water, STMW)的年代际变化特征及机制进行了分析。结果表明:STMW形成体积具有显著的年代际变化,于1992—1997年、2000—2005年和2011—2017年期间为正异常,而于1998—1999年和2006—2010年期间为负异常,由晚冬生成区混合层体积的年代际变化引起。STMW形成厚度和面积均呈现类似的年代际变化。合成分析表明, STMW形成体积正异常期间,黑潮延伸体上游南侧STMW生成区,海表涡动能相对负异常期间减小,同时预先层结相对负异常期间减弱,并伴随着海表高度异常。通过混合层收支分析发现,混合层形成体积年代际变化与海洋预先层结调控的混合层底卷吸作用变化同步且大小相当,而与海气形成率变化无关。增强(减弱)的海洋预先层结通过调控STMW形成区冬季混合层底卷吸过程,阻碍(促进)冬季混合层加深,最终使得STMW形成体积减少(增加)。进一步分析表明, STMW形成体积年代际变化受与太平洋年代际涛动相关的风应力旋度异常的远场调控。     

北太平洋副热带模态水形成区潜沉率的年际变化及其机制

根据Huang和Qiu 1995年的潜沉率计算公式,采用同化的海洋模式资料和海洋-大气界面的通量观测资料,计算了北太平洋副热带海域3个模态水形成区逐年的潜沉率,研究了潜沉率产生年际变化的机制.研究结果表明:西部、中部和东部3个模态水形成区潜沉率的年际变化主要周期分别为6,2~5和2 a;北太平洋副热带模态水的3个形成区的潜沉率都发现年代际的变化特征:在1985年以前,西部模态水形成区的潜沉率年际变化最为显著,但1985后年际变化振幅明显减小;在中部模态水形成区,1975~1992年间潜沉率随时间的变化的振幅较大,潜沉率在这段时间内的平均值也达到33.99 m/a,而在1970~1975年间和1993~1998年间潜沉率都小于20 m/a;西部副热带模态水形成区的潜沉率的年际变化与这里海面的净热通量的年际变化有很好的相关性,中部副热带模态水形成区潜沉率的年际变化则取决于局地Ekman流的年际变化,而在东部模态水形成区局地风应力旋度的变化直接影响潜沉率的大小.     

西北太平洋副热带逆流与模态水的季节变化和年际变化

本研究依据2004—2011年Argo观测资料的数据,对西北太平洋副热带逆流(STCC)和副热带西部模态水(STMW)的季节和年际变化进行了分析,探索了不同时间尺度上STCC强度和STMW体积变化的对应关系。研究结果再一次表明:北太平洋副热带环流中存在南、北两支向东的副热带逆流(STCC),这2支逆流分别位于18°~20°N和23°~25°N纬带,月平均流速在5~20cm·s-1。而位于西北太平洋温跃层内的低位势涡度(PV小于2.0×10-10 m-1·s-1)的STMW主要出现在140°~170°E,25°~31°N的海域,介于25.0~25.6σθ等位势密度面之间,核心位势密度为25.3σθ。日界线以西的2支STCC强度和STMW体积都存在较显著的季节变化和年际变化。2支STCC强度的季节变化相类似,在5—7月中都较强,在11月较弱,这与前人提出的STCC在春季最强略有差异。STMW的体积在4—8月较大,9月后开始减小,该现象证实了在季节变化中STMW体积的增加和减少可以影响STCC的增强和减弱。2支STCC强度的年际变化几乎没有一致性,但STMW体积和局地风应力旋度的年际变化与STCC北支强度年际变化关系更密切。     

北太平洋副热带潜沉率及其变化中海面风的作用

采用中国科学院大气物理研究所的高分辨率逐日风场驱动的全球海洋模式(LICOM1·0)对北太平洋海域的潜沉(Subduction)过程和副热带模态水形成区潜沉率的年际变化进行了数值模拟,并将模拟结果与同化的海洋模式资料(SODA)进行了比较。研究结果表明,该高分辨率的海洋模式对北太平洋的绝大部分海域晚冬混合层底水质点的运动方向和路径的数值模拟结果较好,模式模拟的副热带环流比SODA资料中的副热带环流流速强;模式模拟的混合层深度比SODA资料中的混合层深度深,更接近观测;模式中副热带海域的潜沉率大于SODA资料中的副热带海域的潜沉率。模式结果表明,副热带环流和副极地环流交界处是潜沉过程发生的最主要区,该区气候平均的潜沉率超过100m/a,最大为150m/a,海面风变异引起的海洋平流的年际和年代际变化,是该区潜沉率发生年际和年代际变化的主要原因;在太平洋副热带东部模态水形成区,气候平均的潜沉率超过50m/a,在该区潜沉率的年际变化中,局地风应力旋度决定的Ekman抽吸要比海洋平流效应更加重要。     

太平洋海气界面净热通量的季节、年际和年代际变化

根据 COADS资料 ,使用经验正交分解 (EOF)等分析方法 ,研究了北太平洋海气热通量的季节、年际和年代际变化特征。分析结果表明 :北太平洋海洋夏季净得热 ,冬季净失热 ,且黑潮及其延伸体区失热最大。净热通量年际变化较明显 ,北太平洋西部模态水形成区冬季净热通量和副热带失热区春季净热通量的年际变化都主要依赖于潜热和感热通量的年际变化。夏季净热通量的低频变化中心在热带 ,冬季低频变化中心在黑潮及其延伸体区。冬季赤道东、西太平洋净热通量异常的年际变化相反 ;在热带北太平洋中部年际变化达到最大。夏季热带太平洋是净热通量异常的年际变化最大的海域 ,沿赤道两侧在 16 5°E处呈偶极子型分布。     

北太平洋热带水体积的年际变化及其变化机制

利用EN4(the UK Met Office EN4.2.1 analyses)盐度数据发现北太平洋副热带高盐中心——北太平洋热带水(NPTW)的海表面积与体积在2000—2008年、2014—2017年存在下降趋势,2008—2014年期间存在上升趋势,进一步的研究表明,这些变化与太平洋年代际震荡(PDO)的位相转换紧密相关。利用淡水通量数据以及ECCO2(Circulation and Climate of the Ocean, Phase II)流场数据计算分析后表明,淡水通量对NPTW的变化贡献较小,而水平输运对NPTW的表面积以及体积变化贡献较大,这与PDO正(负)位相期间北赤道流(NEC)的向北(南)摆动有关。     

应用Argo资料分析西北太平洋冬、夏季水团

应用Argo剖面浮标观测的温、盐度资料,分析了西北太平洋海域冬、夏季的温、盐度分布、水团结构及其分布。首先采用T-S点聚图法分析了该海域水团分布的基本情况,由点聚分析结果可知,该海域至少存在6种以上水团;再用模糊聚类软化法对水团作进一步划分,分别计算了该海域6至11类水团的F和△F值,结果表明,冬、夏季的△F值都以划分为8类时为最大,这与大洋水团的稳定性是一致的,因此,该海域冬、夏季水团以划分为8类最佳,它们分别是北太平洋热带表层水、北太平洋次表层水、北太平洋中层水、北太平洋副热带模态水、北太平洋深层水和赤道表层水,以及南太平洋次表层水和南太平洋中层水。     

应用Argo资料分析西北太平洋冬、夏季水团

应用Argo剖面浮标观测的温、盐度资料,分析了西北太平洋海域冬、夏季的温、盐度分布、水团结构及其分布。首先采用T-S点聚图法分析了该海域水团分布的基本情况,由点聚分析结果可知,该海域至少存在6种以上水团;再用模糊聚类软化法对水团作进一步划分,分别计算了该海域6至11类水团的F和△F值,结果表明,冬、夏季的△F值都以划分为8类时为最大,这与大洋水团的稳定性是一致的,因此,该海域冬、夏季水团以划分为8类最佳,它们分别是北太平洋热带表层水、北太平洋次表层水、北太平洋中层水、北太平洋副热带模态水、北太平洋深层水和赤道表层水,以及南太平洋次表层水和南太平洋中层水。     

热带西北太平洋0~300 m热含量的年代际变化

太平洋是海表温度年际变化和年代际变化发生的主要区域,但对太平洋海洋热含量变化的研究相对较少。为此, 本文分析了1980—2020年太平洋上层(0~300 m)热含量的时空变化特征。基于IAP数据,本文首先利用集合经验模态分解法(EEMD)提取不同时间尺度的海洋热含量信号,并利用正交经验分解法(EOF)对不同时间尺度的海洋热含量进行时空特征分析,得到了太平洋0~300 m海洋热含量的年际变化、年代际变化以及长期变暖的时空特征。结果表明,除了年际变化之外,热带西北太平洋上层热含量还存在明显的年代际变化和长期变暖趋势。在东太平洋和高纬度西太平洋,热含量的年代际变化特征并不突出。热带西北太平洋热含量的年代际变化在1980—1988年和1999—2013年较高,而在1989—1998年和2014—2020年期间较低。此外,针对热带西北太平洋热含量的经向、纬向和垂向特征分析,发现这种年代际变化主要发生在5°N—20°N,120°E—180°E,次表层50~200 m范围内。热带西北太平洋热含量的年代际变化对全球海表温度的年代际变化有着重要作用。     

南海海盆海山古地磁及海盆的形成演化

根据海山磁性反演获取的古地磁成果发现,南海海盆东部和西南部的运动形式、生成时代存在很大差异,东部海盆和西南部海盆之间由一条北北西走向的岩石圈压性左旋转换(性)断层——"南海海盆中央断裂"分界.结合已有的地质地球物理成果分析和论证,确定了南海海盆在古南海和与之接壤的华南地块南部边缘形成.南海海盆的形成演化分四个阶段:第一阶段,始新世"古南海断裂"产生,古南海被一分为二;第二阶段,渐新世东部海盆开始发育——扩裂;第三阶段,中中新世西南部海盆开始发育——张裂;第四阶段,南海海盆整体旋转,古南海圈闭.     

南海海盆扩张成因质疑

从板块构造学、地球物理学和地球动力学等角度,结合南海中央海盆及其周边的地质、地球物理资料进行综合分析论证,对南海“扩张成因”模式提出质疑.认为南海“扩张成因说”不能成立,其中的几个核心问题是:(1)数学理论模型的边界参数选取存在多解性,其结果与地质地球物理资料不符或相去甚远;(2)无法解释海盆区地球物理探测和研究所表明的地壳结构及岩性特征,也无法解释海盆区的断裂分布和岩浆活动特征;(3)地球动力学诸方面难以支持南海“扩张成因说”成立;(4)南海海盆周边不存在与南海“扩张成因”相关的相互强烈作用的地球物理和地质构造特征;(5)南海海盆不具备大规模扩张的空间.南海“扩张成因说”已严重阻碍对南海和周边的地质与地球物理研究工作的深入和发展,应该放弃.     

西沙群岛海洋资源调查评估与南海渔业开发维权

海洋移动自主观测平台在海洋观测技术中越来越为人们所倚重,发达国家相继投入了大量的研究和部署.研究一种具有全天候、长续航力的海洋移动自主观测平台是当前一系列海洋装备中的研究热点和未来趋势,尤其是最近5年,这项工作更是达到了新的高度.针对长续航力海洋移动自主观测平台的特征,文中将其分为长续航力自主潜航器系列和水下滑翔机系列两大类,结合其共性问题分析了世界各国的研究现状,并对其未来发展趋势作了展望,最后简要讨论了这些平台未来发展中的关键技术.     

台湾东黑潮主流区近千年来沉积物稀土元素的变化特征与来源

基于沉积物AMS14 C定年,研究了近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的稀土元素组成变化特征及赋存形态,探讨了该区近千年来稀土来源。台湾东黑潮主流区近千年来沉积物中稀土元素总量平均为119.82μg/g,低于上陆壳和中国黄土的稀土元素平均含量,与冲绳海槽较为接近;轻重稀土元素比值平均为11.30,明显富集轻稀土,具有明显的陆源属性。研究区沉积物稀土元素对球粒陨石和上地壳标准化配分模式均表现为轻稀土富集重稀土相对亏损,且具有弱的Ce正异常。根据定年结果及稀土元素变化特征趋势将柱状沉积物分为3层:0～8.5、8.5～21.5和21.5～30cm,随深度增加稀土元素总量的平均值逐渐增大,轻重稀土元素比值逐渐减小,Ce正异常程度逐渐减弱。稀土元素赋存形态分析表明,La、Ce、Pr、Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源,其他稀土元素受氧化还原环境影响相对较大。稀土元素主要存在于残渣态中,其次为铁锰氧化物结合态,残渣态对台湾以东黑潮主流区沉积物中总稀土元素的配分模式起决定性作用,也是造成Ce正异常的关键赋存形态。近千年来沉积物中稀土元素变化与沉积物粒度关系不大,物质来源较为稳定,台湾东部河流输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源,亚洲大陆风尘输送对稀土元素的贡献较小。     

大沽河口底层海水溶解氧浓度分析

大沽河是胶州湾入海径流量最大的河流,对其入海口海水溶解氧含量进行分析可以衡量水质的好坏,为大沽河污染治理效果提供依据。本文基于2016年11月6日—2017年6月20日期间大沽河口底层海水温度和溶解氧浓度等数据,对其底层海水溶解氧浓度的时间变化特征及影响因素进行了分析,并对水质进行了评估。结果表明,观测期间大沽河口海水溶解氧浓度以季节变化为主,秋季至冬季升高,冬季至夏季降低,其中1月平均值最高,约为11.86mg/L,6月份最低,约为6.17mg/L。影响大沽河口海水溶解氧浓度变化的主要因素是海水温度,溶解氧浓度随着温度的季节性变化而变化。在大风天气的影响下,溶解氧浓度在秋季末至春季初期出现了过饱和的现象。大沽河口底层海水溶解氧浓度受到潮汐作用的影响存在半日周期和日周期的变化特征。在观测期间大沽河口不存在溶解氧浓度低于二类水质标准的现象。     

国际海上救援效率比较研究 ——以东海特定水域为例

为研究东海海域海上救援效率和国际协作的协调性,以国际救援为视角,基于ArcGIS构建了海事救援效率评价模型。根据巡逻船舶密度数据确定了救援船舶的概率分布,得出了救援船舶与遇险船舶的可能距离,同时考虑了风浪影响下遇险船舶的漂移以及巡逻船舶失速的情况,分别计算了常风向和次常风向下中国、日本和韩国在东海特定水域的海上救援效率。结果表明:以各国现有的巡逻船舶配备对研究区内漂移的遇险船舶展开救援时,常风向下先后抵达的顺序为韩国、日本和中国,驰援时间分别为5.14、8.18和9.67 h;次常风向下抵达的顺序为韩国、日本和中国,驰援时间分别为5.45、8.25和10.08 h;为提高我国的救援效率,需要在东海海域部署9～10艘巡逻船舶开展常态化巡逻。本文研究可为我国有关部门科学制定和完善海上救援方案,调整海上救援力量配备,进一步加强国际间的协调与合作提供参考。     

雅浦海沟南缘铁锰结核矿物与地球化学特征及其成因研究

本文采用X射线衍射、全岩地球化学和电子探针等测试方法,对雅浦海沟南部附近海域获得的铁锰结核样品进行了显微构造、矿物和地球化学分析,并探讨了其成因。结果表明:铁锰结核的显微构造主要包括平行纹层构造、柱状构造、叠层状构造和同心环状构造;显微构造和探针结果显示铁锰结核在生长初期处于底部海洋动力比较强烈的环境,后期生长环境逐渐趋于稳定;铁锰结核的矿物组分以水羟锰矿、钠水锰矿、石英和钙十字石为主;样品中Fe、Mn元素含量较高且含量比较接近,Cu、Co、Ni和REE相对富集,REE分布模式整体比较平缓并都出现较强的Ce正异常和重稀土元素亏损现象;文中两块铁锰结核都为水成成因,成矿物质主要来自同期的海水沉淀,同时也受一定海底火山物质和陆源风尘物质的影响。     

南海北部神狐海域水合物赋存层位古环境和古生产率

天然气水合物作为一种新型的清洁能源,其形成需要稳定的有机质供应。南海北部神狐海域为天然气水合物成藏的有利区域,2017年中国地质调查局在神狐海域水合物试采获得突破性成功。为了进一步了解古环境和古生产率对形成水合物有机质供应的影响,对南海北部神狐海域水合物钻探区SH3站位180～215mbsf(meters below the sea floor)层位,尤其是水合物主要赋存层位190～200mbsf的古环境、古生产率以及陆源碎屑物质的地球化学指标进行分析研究。研究表明水合物主要赋存层位陆源碎屑物质(TDM)输入增加,较高的陆源碎屑物质输入和次氧化的沉积环境共同造就了比较好的有机质的外部保存条件;同时较强的水动力条件,有利于藻类生物的繁殖,因此,生物成因有机质比较丰富,再加上神狐海域有比较良好的热解气的形成条件,这3个层面共同保证了神狐海域具有比较充足的有机质供应。     

两种湍流模型在潮流能水轮机数值模拟中的适用性研究

在对特定湍流条件下的水平轴潮流能水轮机进行数值模拟时,不同的湍流模型对于计算结果具有一定的影响。为选择合适的湍流模型对所设计水轮机的三维流场进行描述,将采用常用的两方程模型(SSTk-ω与Realizable k-ε)进行数值模拟,得到不同工况下水轮机的性能参数以及水轮机后1.5D处流场的流速、湍流强度分布情况,并进行模型水槽试验,试验值与采用两种湍流模型进行数值模拟得到的仿真值对比表明:在低尖速比工况下,采用SSTk-ω进行数值模拟得到的仿真值比Realizable k-ε更接近试验值,在较高尖速比时,采用Realizable k-ε进行模拟得到的数值更接近试验值;采用两种湍流模型进行数值模拟得到的速度分布具有相似性,但对于湍流强度的预测,SSTk-ω更具有优势。考虑此水轮机的实际工况,选择SSTk-ω湍流模型进行描述更加合理。