南海混合层深度的季节变化及年际变化特征

通过分析新的SODA(Simple Ocean Data Assimilation)资料,得到南海混合层时空场的分布特征,剖析了南海混合层深度的季节及年际变化特征。资料分析表明:南海混合层存在着显著的季节和年际变化,且两者的均方差分布存在一定的差异。在季节变化中,冬季混合层在南海北部及西北陆架区深,在南海南部及吕宋冷涡处浅;夏季混合层在南海西北部浅,东南深。南海这种混合层深度分布特征除了与热通量的季节变化有关外,在相当大的程度上与季风引起的Ekman输送及Ekman抽吸有关。混合层深度距平场EOF(Empirical Othorgnal Function)第一模和第二模时间变化的主信号均为周期的年际变化信号,其中第一模态约为3 a,第二模态则有1.8,2.4和4.3 a的3个显著周期。EOF第一模显示混合层深度在南海东南部年际变化幅度最大,且滞后Nino3指数7个月时相关性最好(相关系数为0.422 3);EOF第二模显示在南海南部和北部混合层深度呈反位相变化。     

南海混合层深度的季节和年际变化特征

利用1871-2008年SODA资料和月平均的Levitus资料计算了南海混合层深度(MLD)的季节及年际变化特征.资料分析表明:季风通过流场调整对南海MLD的时空分布特征有显著的影响.南海MLD的距平变化总体上呈上升趋势,南海南部MLD的距平变化趋势和北部的有显著差异,特别在1955年后北部整体呈下降趋势而南部呈上升趋势,二者的显著周期北部为2-3年,南部与整个区域平均的基本相似有2-6年的显著周期.SOI指数对滞后的南海各个区域有较好的相关性.EOF分析表明第一模态整体呈单极型最大变率分布在南海南部,由南往北逐渐减小显著周期2-3年变化为主;第二模态呈偶极子型,显著周期以2-5年变化为主.回归分析表明南海南部深水区域呈现增深的趋势,而吕宋海峡至南海北部陆架区呈变浅趋势,滑动t检验表明南海MLD有6个显著的突变年份.     

1998年夏季季风爆发前后南海上层环流的诊断分析

基于1998年南海季风试验（SCSMEX，South China Sea Monsoon Experiment)期间2个强化观测航次（4－5月及6－7）所获温盐深（CTD）资料，利用一个改进逆模式研究了夏季季风爆发前后南海环流的演变特征。诊断计算表明，在此期间南海环流主要表现为两脊两槽型，即越南以东和菲律宾以西呈反气旋式环流，南海北部和南海中部呈气旋式环流。但对局部区域而言，可以发现在季风爆发前后其环流结构有明显的差异。上述计算结果亦与等压面上海水密度分布的定性分析结果及同期观测的ADCP资料进行了比较，结果表明模式计算所得到的南海上层环流主要特征与定性分析结果及实测资料大体一致，诊断结果可作为南海上层季风环流演变机制研究的依据。     

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.     

1998年夏季南海和盂加拉湾地区的大尺度经向水汽输送诊断分析

本文诊断分析了1998年夏季长江流域洪涝的平均经向大尺度水汽输送的特征，结果表明，1998年夏季盂加拉湾地区和南海地区经向水汽输送大小是因月份、高度而异。进一步分析结果表明，在印度季风和南海季风不同的位相阶段，盂加拉湾地区和南海地区的经向水汽输送也是各不相同的，这也和各月经向水汽输送变化基本一致。     

热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征

根据1955~2003年次表层海温、海洋上层400m热含量和混合层深度资料,采用EOF分析方法,研究热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征及其与厄尔尼诺、印度洋偶极子、热带辐合带分布和活动的关系。结果表明:海表温度SST的分布和变化不能代表海洋上层热含量的分布和变化,热含量HST的分布与混合层MLD分布比较相似,尤其在热带印度洋和东太平洋,MLD季节变化比HST和SST提前2~3个月左右。太平洋10°N附近HST带状强扰动区和赤道地区HST反相变化是热带太平洋上层海水温度扰动最主要特征。HST的强扰动区主要由60~300m次表层海温距平的扰动引起,80m左右扰动最强,这种扰动沿着斜温层由上向下,自东向西传递,上半年增温,下半年降温,具有明显的年周期变化。这种变化对ENSO循环期间热含量异常信号传播的影响值得关注。热带太平洋HST的扰动变化和太平洋的ITCZ和SPCZ的移动和变化也有一定的关联。印度洋的西北部和东南部次表层海温距平呈年周期的反相振荡,但这种固有振荡和印度洋偶极子DMI振荡反相,这可能是导致印度洋大部分偶极子生命史都很短的原因之一。     

CMPI5多模式对南海上层海洋热含量的模拟比较

Seventeen models participating in the Coupled Model Intercomparison Project phase 5（CMIP5） activity are compared on their historical simulation of the South China Sea（SCS） ocean heat content（OHC） in the upper 300 m. Ishii＇s temperature data, based on the World Ocean Database 2005（WOD05） and World Ocean Atlas 2005（WOA05）, is used to assess the model performance by comparing the spatial patterns of seasonal OHC anomaly（OHCa） climatology, OHC climatology, monthly OHCa climatology, and interannual variability of OHCa. The spatial patterns in Ishii＇s data set show that the seasonal SCS OHCa climatology, both in winter and summer, is strongly affected by the wind stress and the current circulations in the SCS and its neighboring areas. However, the CMIP5 models present rather different spatial patterns and only a few models properly capture the dominant features in Ishii＇s pattern. Among them, GFDL-ESM2 G is of the best performance. The SCS OHC climatology in the upper 300 m varies greatly in different models. Most of them are much greater than those calculated from Ishii＇s data. However, the monthly OHCa climatology in each of the 17 CMIP5 models yields similar variation and magnitude as that in Ishii＇s. As for the interannual variability, the standard deviations of the OHCa time series in most of the models are somewhat larger than those in Ishii＇s. The correlation between the interannual time series of Ishii＇s OHCa and that from each of the 17 models is not satisfactory. Among them, BCC-CSM1.1 has the highest correlation to Ishii＇s, with a coefficient of about 0.6.     

南海北部海区温跃层分布特征及成因的初步分析

利用二十一层海温再分析资料，详细分析了我国南海北部海区温跃层的强度、深度及厚度的季节变化特征。结果表明：在南海陆架浅水区域内，存在着随季节变化明显的辐射型温跃层；3－5月是温跃层的成长期：6－8月是该海域温跃层的强盛期；而9－11月温跃层开始减弱，到了冬季（12月到次年2月）温跃层变得最终，趋于消亡。结合本海区温跃层的这种变化特征，分析了该海域净辐射通量的分布状况及随季节的变化特征，证明了净辐射通量是影响该海域温跃层季节性分布特征的最重要因素之一。     

南海中部上层海洋温度的短周期振动

南海季风试验(SCSMEX)期间,南海中部投放了3个ATLAS浮标.本文选取3个站点1998年4月13日～1999年4月8日的所有观测水层的温度数据作为研究.通过逐月功率谱分析,发现50-500m深度,温度存在全日和半日2个显著短周期的振动;利用小波分析得出了温度短周期振动的时空变化特点,并结合温度跃层时空结构的分析,发现跃层深度上,温度全日(或半日)周期振动的时空变化与跃层时空结构存在一致性,即在跃层核心深度上,跃层强度越大的时域内,温度全日(或半日)周期的振动就越显著.     

南海北部陆架和陆坡区小型底栖动物群落的比较研究

为了解南海北部陆架与陆坡区小型底栖动物的群落特征,以及影响群落特征的环境因素,2015年6月对南海北部海域(19.3°—21.4°N, 112.4°—115.1°E)7个站位的小型底栖动物及环境因子进行了采样,并对陆架和陆坡区小型底栖动物群落的丰度、生物量、类群组成和群落结构进行比较。结果表明,在陆架站位,小型底栖动物由13个类群组成,平均丰度为(132±130)ind./10cm2,平均生物量为(169±79)μgdwt/10cm2;在陆坡站位由8个类群组成,平均丰度为(33±14)ind./10cm2,平均生物量为(56±35)μgdwt/10cm2。单因素方差分析结果表明,陆坡区小型底栖动物的总丰度和总生物量以及线虫和多毛类的丰度均显著低于陆架区,但优势类群的相对丰度组成没有显著不同,海洋线虫占总丰度的83%,其次为多毛类和桡足类,分别占7%和3%。环境因子的主成分分析(Principal ComponentsAnalysis,PCA)将陆架和陆坡站位沿第一主分量轴分开,小型底栖生物丰度和生物量与沉积物叶绿素a和脱镁叶绿酸含量以及底层水温呈最大正相关,与水深呈负相关;聚类(Cluster)和排序(non-metric Multidimensional Scaling, MDS),以相似性系数65%将7个站位划分为2组,与按照水深划分的陆架和陆坡组基本吻合;单因素相似性分析(one-way ANOSIM)显示陆架和陆坡区小型底栖动物群落结构差异显著;生物-环境分析(Biota-Environment,BIOENV)表明影响群落结构的最佳环境因子组合为叶绿素a和底层水温。综上可知,随水深增加的食物减少和底层水温的下降是限制南海北部研究海域小型底栖动物丰度和生物量及影响群落组成和结构的主要因素。     

海面风场对环台湾岛海域温跃层的影响

本文首先给出了环台湾岛海域的海表风场计算方法和海表风应力的参数化。在此基础上，把该研究海域分为四个区域，用对比的方法分析由POM模式所得到的数值结果，讨论了海表风应力对该海域不同类型温跃层的具体影响。主要结果如下：海表风应力是影响温跃层的动力因子，对季节性温跃层的深度和强度均有重大影响，但对大洋温跃层的影响不大；海面风场作用数值计算与实际风场误差不大，故可以用计算所得的风场来代表实际风场作实验对比分析；海表风应力较小时有利于温跃层的发展加强，风应力较大时温跃层将减弱消失。     

不同气候条件下南海西沙海域鸢乌贼(Sthenoteuthis oualaniensis)渔业生物学比较研究

为探讨不同气候条件对鸢乌贼(Sthenoteuthisoualaniensis)渔业生物学影响,根据2015年8月(厄尔尼诺年)、2016年8月(拉尼娜发生期)和2017年8月(正常时期)我国灯光罩网船在南海采集的1 970尾鸢乌贼样本,对其胴长、体重、性腺成熟度、胃饱满度、初次性成熟胴长进行了比较研究。结果表明:不同年间鸢乌贼雌雄比例不同, 2017年最高, 2015年次之, 2016年最低;优势胴长组不同,2015年最大, 2017年次之, 2016年最小;优势体重组也不同, 2015年最大, 2017年次之, 2016年最小。协方差分析表明不同年间胴长与体重的关系均不存在性别间显著性差异, 2015、2016和2017年分别最适用线性、幂和指数函数表示;不同年间样本性成熟组成存在差异,雌雄样本性成熟样本分别占对应总数的30.96%和25.40%、46.41%和11.15%、7.35%和28.46%;胃饱满度组成也不同。不同年间初次性成熟胴长不同, 2015、2016和2017年雄性初次性成熟胴长分别为184.12、144.41、132.70 mm;雌性分别为192.66、143.68、188.52 mm。结果表明,不同气候变化引起的海洋环境的变化对鸢乌贼渔业生物学产生影响:温度升高导致鸢乌贼个体减小,性成熟胴长减小,雌雄间的个体差异变大。     

南海温跃层基本特征及一维预报模式

根据现有1907—1990年南海大面调查资料,按1°×1°网格进行逐月的标准水层的温度统计。在此基础上采用3次样条函数的插值方法计算出整个南海温跃层的深度、厚度和强度并予以相应分析。分析表明,南海温跃层主要分为两种类型:第一类为辐射型,主要分布在南海北部的陆架区内,季节变化显著;第二类为不同水体叠置型,主要分布在广大深水区,它长年存在,季节变化较小。一种温跃层的一维积分预报模式,该模式是基于忽略热平流作用和水平热扩散的前提下,从局部热平衡方程出发,建立了受海面热收支及风混合作用下求解温度垂直分布及温跃层的时空变化。在南海北部水深约300m处进行了单站温跃层后报,结果表明,温跃层的深度、厚度和强度的相对误差均在30％以下。     

2004年9月南海北部移动船载温盐剖面仪观测结果初步分析

在2004年9月南海北部开放航次中,中国科学院南海海洋研究所首次引进使用了民用移动船载温盐剖面仪（Moving Vessel Profiler,MVP）,并在珠江口外海和越南东岸外海2个断面进行了拖曳测量。通过对MVP和定点温盐深仪所测数据的比较分析,发现MVP下降阶段数据较为可信。对所获温、盐、深数据进行处理分析,发现2个断面的水团性质存在明显差异。越南东岸外海断面的混合层平均深度（27m左右）深于珠江口外海断面（17．5m左右）;在表层和近40m深度处,珠江口外海的盐度值都高于越南东岸外海,呈现高盐的特性。     

南海最近2 400年来的古海洋学变化与历史气候资料的比较

对南海南、北陆坡两个箱式柱状样中91个沉积物样品进行了高分辨率的稳定同位素和有机碳分析,获得最近2 400年以来上部海水温度和表层古生产力的记录,发现晚全新世南海的表层海水温度和温跃层呈现阶段性变化,且有小冰期等短期气候事件.有机碳分析南海北部近900年来古生产力呈上升趋势,南部则为下降趋势.结合历史气候变化,得到东亚古气候变化的海陆记录具有很好的可比性.频谱分析显示南海晚全新世温跃层具有～175、～210和～360 a等百年尺度的周期,与太阳活动周期一致,说明百年尺度的短期气候变化可能与太阳活动有关.     

南沙海区晚上新世海水上层结构变化

对南沙海区水深2772m的ODP1143站100～150m井段共101块沉积样品进行了浮游有孔虫分析,结果表明,从3．27Ma到2．55Ma该区表层海水温度逐步降低,温跃层逐步加深,推测是晚上新世北半球冰盖形成过程中,东亚季风相应加强的结果。与此同时,南沙与南海北部的温跃层深度差值不断加大,可能是西太平洋暖池最终形成或加强的表现。3．2Ma前后,表层海水温度和海水温跃层深度都发生了急剧变化,反映出北半球冰盖和西太平洋暖池的发育可能存在一定的相关性。     

南海环流的一个约化模式

利用约化数值模式研究了黑潮在巴士海峡的流况及受其影响的南海海盆区的环流,结果为:定常的黑潮入流在巴士海峡不易出现显著的环状流动结构,但在海峡西侧诱生一气旋涡,该涡旋达到一定强度时,β因子和侧边界作用使其向西南移动,因此,模式给出的南海环流呈准半年周期的气旋涡现象。动力分析表明,气旋涡因非线性平流作用将黑潮西侧的气旋性切变涡度向南海北部输送所致。模式同时计算了入流方向和流轴位置呈周期性变化时,巴士海峡和南海的流动结构。