2008年8—9月份吕宋海峡西南侧锚定ADCP的斜压海流观测

2008年8月份在吕宋海峡西侧大约4000m深的海域首次布放了两套深水潜标,对上层海洋进行了为期一个月的高频率ADCP海流采样。对数据进行了多重处理,分解得到平均流和逐层潮流,并分析了具有斜压性海流的频率分布。调和分析结果表明,该海域以不规则日周期潮流为主,潮流椭圆随深度旋转。海流的功率谱分析表明,内潮能量在温跃层附近最大,并随深度减小,同时海流有明显的近惯性振荡信号。该观测为了解吕宋海峡深层海洋的潮流、近惯性运动以及海峡水交换提供了第一手的资料。     

南海东北部全日非相干内潮的特征及其成因

本文利用南海东北部的潜标资料研究了南海东北部全日非相干内潮的特征。潜标数据的结果表明,在2010年7月下旬和8月上旬,全日非相干内潮的能量显著增强,同时全日内潮的总能量强度达到了预期(相干部分)的两倍;从能量的垂向分布上来看,非相干内潮的能量最大值出现在120 m深度附近。射线追踪模型的结果表明,此次强非相干内潮能量主要来自吕宋海峡的中部,黑潮入侵是导致非相干内潮信号增强的主要原因,全日内潮在吕宋海峡中部生成后向西传播进入南海,而黑潮改变了全日内潮的传播路径,将西向传播的内潮向北折射,导致来自多源地的内潮在潜标处叠加,引起全日非相干内潮能量的增强。本文的结果将有助于加深对非相干内潮的特征的认识和促进对其生成机制的了解。     

吕宋海峡附近海域海表面高度季节内变化

利用1993~2017年海表面高度异常数据集,分析研究了西北太平洋季节内变化(20~120d)的整体分布特征,结果表明空间上季节内信号在20°N附近海域(16°~24°N)最强,时间上在6~8月达到一年中的最大值。在吕宋海峡东侧(123.875°E,20.125°N)季节内信号周期(70d)和传播速度(10.7~12.7cm/s)均大于吕宋海峡西侧(119.625°E, 20.125°N)(60 d, 6.5~7.8cm/s)。在大洋内部(123°~140°E, 18°~24°N)存在准90d的周期信号,传播速度约10.3cm/s。传播路径受黑潮的影响发生改变,由沿纬度西传转向向西北方向传播。第一斜压Rossby波理论对海表面高度季节内变化的周期和传播速度具有很好的解释性。     

潮汐对吕宋海峡附近海域环流结构的影响

为了考察潮汐混合效应对吕宋海峡附近海域环流场的影响,本文使用ROMS区域海洋模式,通过无潮实验与有潮实验的对比分析指出,潮汐混合作用可以影响121°E断面上的水交换和120d平均的纬向流速分布;在模拟时段内加入潮汐后,模拟结果中台湾岛西南的反气旋涡强度大幅减弱,贴近黑潮东侧的涡旋强度明显强于无潮实验,证明潮汐作用可以引起吕宋海峡海洋环流场较大的改变,特别对黑潮以"跨隙"路径通过吕宋海峡有贡献。     

吕宋海峡输送年际变异数值研究

利用MITgcm数值模式1980—2001年的常规模拟输出数据,研究了吕宋海峡22年平均的体积、热量和盐量输送随深度的变化,并利用小波变换分别分析了吕宋海峡3个层次(0—145、145—915、915—1 837m)体积和热量输送的年际变化,主要结果如下。(1)在吕宋海峡1 837m层以下,仍有一定数量的西北太平洋海水(体积和盐)西向输送到南海;(2)915—1 615m层的年际体积输送的变化趋势与上两个层次(0—145m、145—915m)类似,但是在某些ENSO时期(如1985、1987、1991—1995年),其年际变化与145—915m层年际变化的位相相反;(3)吕宋海峡年际体积(热量)输送的小波谱图较明显地反映出ENSO现象对吕宋海峡不同层次的输送均产生一定影响。145—915m层次的吕宋海峡年际体积输送与ENSO现象相关性显著。     

吕宋海峡附近中尺度涡特征的统计分析

采用1993年1月到2008年12月16a融合海面高度距平数据,追踪吕宋海峡附近海域(18°～23°N,116°～126°E)中尺度涡的移动轨迹,结果表明:时间分辨率为7d的卫星高度计资料难以观测到中尺度涡从西北太平洋通过吕宋海峡传进南海的过程,但对1994年吕宋海峡中部观测到的一个气旋涡及其附近中尺度涡的运动轨迹进行分析可见,西北太平洋海面高度变化会与吕宋海峡内部海面高度耦合后向南海传播。海面高度距平数据的时间-经度图表明,西北太平洋海面高度变化信号在西传至吕宋海峡附近(121°～122°E)时出现信号不连续。对21°N,116°～140°E断面的海面高度距平数据按周期分别为1～3月、3～6月、330～390d(年信号)进行分段带通滤波,发现不同周期的西北太平洋信号穿过吕宋海峡传入南海受到的阻隔作用、向西传播的速度以及它们所受的强迫机制均不同。     

吕宋海峡水交换季节和年际变化特征的数值模拟研究

利用ROMS(Regional Ocean Modeling System)建立了一套覆盖西北太平洋的涡尺度分辨率环流模型,并对吕宋海峡附近的环流进行了模拟研究。结果表明,吕宋海峡120.75°E断面净流量季节变化显著,全年均为西向输运,6月份达到最小,为0.40×106 m3/s,然后逐渐增大,在12月份达到最大,为6.14×106 m3/s,全年平均流量为3.04×106 m3/s。在500 m以浅,秋、冬季都有明显的黑潮流套存在,并伴有黑潮分支入侵南海,而春、夏季黑潮南海分支减弱或消失,黑潮入侵不明显。在500 m以深,冬、春季,吕宋海峡以东有非常明显的南向流存在,流速约10 cm/s,而到了夏、秋季该南向流出现明显的减弱,黑潮与南海的水交换主要通过吕宋海峡以北的吕宋海沟进行。在垂向结构上,120.75°E断面浅层呈多流核结构,并且流核的位置和强弱受黑潮的季节性变化影响显著,深层流的季节变化不大。在年际尺度方面,吕宋海峡年际体积输运量异常与Niño3.4滞后6个月相关系数达到41.6%,吕宋海峡水交换与ENSO现象有较为显著的正相关关系,并存在2~3 a和准8 a周期的年际变化。     

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。     

黑潮对吕宋海峡全日内潮生成与传播影响的数值模拟研究

基于一套环流-潮汐耦合模型的模拟结果,本文探究并比较了2015—2016年的三种黑潮形态下,吕宋海峡全日内潮以及全日非相干内潮生成与传播的空间分布特征。结果表明,当黑潮以流套形态流经吕宋海峡时,全日内潮非相干性最强,具体表现为全日非相干内潮能量生成最大,全日内潮的传播速度变化率最大。由于传播速度的变化会改变全日内潮的位相,进而会影响全日内潮的非相干性,导致在吕宋海峡内全日内潮的非相干性最强。本研究结果对理解黑潮背景动力过程下吕宋海峡内潮的时空变化有重要意义。     

南海北部深水海域温度以及盐度的季节及年际变化特征

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)再分析资料,分析了南海北部深水海域温度及盐度的季节和年际变化特征,讨论了季节及年际变化时间尺度上黑潮通过吕宋海峡对南海北部温、盐场的影响.资料分析表明:南海北部深水海域温、盐场存在明显的季节及年际变化特征.在气候平均态下,吕宋海峡处黑潮对南海北部温、盐场的影响主要存在于119°E以东;黑潮对南海的入侵程度在冬季最大,可影响到118°E附近;在秋季最小.吕宋海峡以西的温度水平梯度在秋季最弱,而盐度水平梯度则在夏季最弱.在吕宋海峡处黑潮形变的南侧,温、盐场年际变化信号最强.通过EOF(Empirical Othorgnal Function)分析,发现南海北部深水海域盐度和温度场第一模态的最大变率均分布在吕宋海峡处黑潮形变的南部,且均具有2～5 a的年际变化周期.另外,在年际变化时间尺度上,南海北部深水海域盐度场受黑潮形变的影响较大,在黑潮流量大的年份吕宋海峡处盐度值较低,在黑潮流量小的年份吕宋海峡处盐度值较高,而温度场则和Nino3.4指数呈明显的负相关变化.     

吕宋海峡深层水体体积输运的诊断分析

使用WOD09, WOA05, WOA01和SODA四种水文数据,利用水力学理论对吕宋海峡的深层水体体积输运进行了估计。结果表明：由于忽略了摩擦和地形等因素的影响,水力学理论得到的输运结果是深层体积输运的上限。不同数据以及吕宋海峡东西两侧选取的不同区域,都对水力学理论的体积输运估计存在显著影响。SODA数据在吕宋海峡附近的深层海区存在偏差,得到体积输运估计明显偏大,因而不适用于水力学理论进行吕宋海峡深层水体体积输运的估计。为对于南海的环流、混合及生态环境存在重要影响的吕宋海峡深层水体体积输运进行合理估计,对利用水力学理论估计深层水体体积输运的研究方法做了进一步探讨。     

混合坐标模式HYCOM模拟COADS强迫下的南海平均环流

采用混合坐标模式(HYCOM)模拟南海环流,同时利用海表温度卫星资料和吕宋海峡Sb-ADCP观测海流数据来评估模式结果.地形敏感性实验表明,吕宋海峡地形数据对模拟黑潮入侵方式影响较大,在地形误差较大的情况下,模拟的黑潮可能以反气旋流套方式入侵.和Pathfinder海表温度卫星资料比较,模式输出的月平均温度在海盆区域误差较小.ERA-15资料强迫所模拟的吕宋海峡上层环流和Sb-ADCP观测一致,而COADS结果低估了吕宋海峡的体积输送.     

吕宋海峡及周边海域湍流混合的时空分布特征研究

利用1992—2002年的温盐深数据与2012—2016年的Argo数据,基于细尺度参数化方法研究了吕宋海峡及周边海域(12°—30°N,115°—129°E)湍流混合的时空分布特征,并分析了地形粗糙度、内潮以及风输入的近惯性能通量对湍流混合的影响。结果表明,吕宋海峡和东海陆坡处具有强混合的特征,扩散率高达4×10~(-3) m~2/s,主要是由内潮产生导致的,其中吕宋海峡主要是M2、K1和O1内潮的贡献,而东海陆坡处主要是M_2内潮的贡献;南海北部也呈现较强的混合,且陆坡处的混合比海盆高1—2个量级;南海中央海盆和离岸的菲律宾海混合较弱,扩散率为O (10-5 m2/s)。此外,在研究区域内,湍流混合的年际变化和季节变化均不明显,且混合扩散率与风输入的近惯性能通量未表现出明显的季节相关。     

南海北部海峡热输送特征

计算和分析了南海北部(14.75°N以北)热含量、吕宋海峡和台湾海峡的体积输送和热输送的时空变化和季节转换特征。研究表明:南海通过吕宋海峡交换体积输送和热输送,两者都在12月份达到最大,但体积输送5月达到最小,而热输送则滞后1个月,在6月达到最小。南海北部水体热含量异常具有2～3 a的变化周期。吕宋海峡的整体热输送异常存在3 a左右变化周期,季节变化上比南海北部热含量超前2个月。台湾海峡的整体热输送异常存在2～4 a变化周期,季节变化上整体向外热输送最小值比南海北部热含量最大值超前1～2个月。吕宋海峡的整体热输送与台湾海峡相比季节变化上反位相。     

内潮对吕宋海峡地转流动力计算的影响

利用2008年8~9月份吕宋海峡121°E断面上19.5°N~21°N之间4个连续站的CTD资料,讨论了内潮引起的温、盐剖面扰动对地转流诊断计算的影响,指出:在吕宋海峡,内潮引起的温、盐剖面扰动对地转流诊断计算的干扰不可忽略。因此,地转流诊断计算必须剔除温、盐剖面中的"内潮噪声"。另外,本文根据4个连续站时间平均后的温、盐剖面,通过动力计算法得到了吕宋海峡121°E断面上的地转流场,得出结论如下:吕宋海峡地转流速度较大部分多位于350 m以浅,流速最大值出现在表层;黑潮入侵南海主要发生于19.8°N~21°N的上层;在19.5°N~21°N之间,50~1 700 m深度范围内,海水体积通量呈现"上进下出"的垂向结构,350 m以浅为入流,流量约为2.6 Sv(1 Sv=1×106m3.s-1),350 m以深为出流,流量约为3.1 Sv。同期观测所得121°E断面上的盐度分布验证了本文所得地转流场的合理性。     

卫星高度计资料揭示的冬季南海吕宋冷涡的双涡结构

吕宋冷涡是南海海洋环流系中最重要的涡旋之一。利用卫星高度计资料时空较高分辨率的优势,发现冬季吕宋冷涡有可能是由2个气旋式涡旋所组成的,一个气旋式涡旋位于吕宋岛的西侧(LCE1),另一个位于吕宋岛的西北(LCE2)。利用相关分析、功率谱分析等,估计了局地风应力和黑潮在形成吕宋冷涡过程中各自的贡献。研究结果表明,LCE1只存在于冬季,与吕宋岛西侧局地的风应力旋度有关;LCE2位于进入吕宋海峡的黑潮的西侧,全年存在,可能是由黑潮所诱生的气旋式涡旋,其变化主要周期为季节内振荡。     

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。     

1985年9月的吕宋海峡黑潮及其输送

吕宋海峡黑潮的主流轴大致在121°E附近,其西边界可达120°E,东边界在123°E之东。由于受吕宋冷涡之影响,在巴林搪海峡西口,黑潮流速达最高值(超过2kn)。在吕宋海峡的南部和北部,黑潮的体积输送分别为43×10~6m~3/s和32×10~6m~3/s。黑潮有一个向西的11—12×10~6m~3/s的净体积输送,它贡献给进入南海的“黑潮南海分支”。黑潮的一个分支在21°N与黑潮主流脱离,通过120°E向西进入南海,流速达1.6kn,体积输送为11—12×10~6m~3/s。吕宋海峡右侧的暖涡较往常靠东北,其影响深度可达1200m以深。     

热带气旋过境期间黑潮流轴变化的初步分析

利用卫星高度计资料分析了热带气旋"艾碧"(Abe,9315)、"贝姬"(Becky,9316)、"莫拉克"(Morakot,0309)和"茉莉"(Melor,0319)对吕宋海峡及其附近海域黑潮流轴的影响。研究表明:1)吕宋海峡附近海域黑潮流轴容易受到热带气旋的影响而发生一定的变化。2)在热带气旋的作用下,黑潮流轴因中尺度涡的变异而变化;当吕宋海峡东侧的暖涡西移时,将使黑潮的流轴向西弯曲,有利于黑潮在该处的入侵。     

黑潮流轴在吕宋海峡的变化分析

黑潮在流经吕宋海峡时呈现各种时间尺度的流态变化。本文基于高分辨率的区域海洋环流模式(ROMS)输出数据,分析了黑潮主流轴在吕宋海峡附近的变化特征和可能原因。研究结果表明,黑潮流轴在该区域具有明显的年际、季节和季节内变化,其中季节内变化最为强烈;在年际和季节时间尺度上,黑潮流轴在表层主要受局地风驱动的艾克曼漂流的影响,而在次表层则主要由黑潮本身的惯性决定;在季节内时间尺度上,黑潮流轴的变化主要受制于涡旋与黑潮的相互作用。