珠江口附近海域波浪极值推算

本文以WRF模式输出结果作为风场驱动条件,采用SWAN和WAVEWATCH III相嵌套的方法,对珠江口附近海域进行共20年(1991-2010年)的波浪场数值计算。根据计算结果,分析了该海域极值波浪特征,并使用Gumbel极值函数计算50年一遇和100年一遇波浪极值,结果显示:(1)1991-2010年间,珠江口区域最大有效波高为2.0m,万山群岛南侧可达5.0m,而外海最大有效波高可达10m以上,极值平均周期均在10s左右;(2)50年一遇和100年一遇波高在珠江口区域较小,而外海则相对较大,最大在14m以上;(3)50年一遇和100年一遇平均周期相差不大,不同海域之间相差也较小,大部分海域在10s左右,外海相对较大,可达12-14s之间。     

渤海埕北海域风暴潮多年一遇极值增水的数值计算

利用一个二维正压浅海模型和大小区嵌套式的计算格式,对埕北海域及其附近连续20a的风暴潮进行了数值模拟,并获得了与实测值较为一致的结果.在此基础上对该海区的风暴潮极值增水做出了多年一遇的长期预测.     

渤海埕北海域风暴多年一遇极值增水的数值计算

利用一个二维正压浅海模型与大小区嵌套式的计算格式,对埕北海域及其附近连续２０ａ的风暴潮进行了数值模拟,并获得了与实测值较为一致的结果。在此基础上对该海区的风暴潮极值增水做出了多年一遇的长期预测。     

海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响

利用乳山口24a的年极值高、低水位和年平均海平面,分析讨论了平均海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响.同时讨论了消除平均海平面中长期变化的途径.比较了消除平均海平面长期变化和保留这种变化情况下推算出的两种多年一遇极值水位,可以发现,对多年一遇高水位来说,保留平均海平面长期变化所得结果高于消除了的,而对多年一遇低水位而言,情况正好相反.     

渤海天文-风暴潮数值模拟和一种多年一遇极值水位的计算方法

在渤海选用了82个强天气过程,利用三维模式模拟了海区的天文-风暴潮,模式经实测资料检验,获得了较满意的模拟结果。根据渤海沿岸主要验潮站观测年极值高(低)水位和年极值风增(减)水所得到的多年一遇高(低)水位和多年一遇风增(减)水,以及天文最高(最低)潮位,建立了由多年一遇风增(减)水和天文最高(最低)潮位的线性组合计算多年一遇高(低)水位的计算公式,并以此公式推算了渤海海区5个典型地区的多年一遇高(低)水位,供海洋工程设计时使用。     

厦门港潮汐、风暴潮耦合模型

建立一个适合台湾海峡及小港湾,特别是能够反映小港湾的漫滩及潮汐、风暴潮耦合效应的数值模型,对小港湾风暴潮进行数值预报,有重要的社会和经济意义.文中以厦门港作为小港湾研究区域,在漫滩、风暴潮的耦合、开边界条件等方面对小港湾风暴潮数值计算作了一定的尝试,提出了一种能够模拟小港湾台风增水,潮位和流场变化情况的途径.     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

海平面上升、强台风和风暴潮对厦门海域极值水位的影响及危险性预估

气候变化背景下海平面上升、强台风和风暴潮对我国东南沿海地区的洪涝灾害影响日益严重,为应对气候变化的影响,本文以位于我国东南沿海的厦门地区为例,应用多种海洋大气观测资料和数理统计及模拟方法,分析了历史上9914号和1614号两次台风对厦门海域极端海面高度(极值水位)的影响,预估了未来海平面上升情景下厦门海域极值水位的变化及其危险性。结果表明：(1) 9914号台风期间,天文大潮、风暴增水和强降水的同时出现造成了厦门沿海地区超警戒极值水位(732 cm)的出现;(2) 风(向岸强风)、雨(强降水)、浪(巨浪)、潮(高潮位)、流(急流)等多致灾因子的共同作用是厦门沿海地区发生严重灾情的重要原因;(3) 在温室气体中等和高排放(RCP4.5和RCP8.5)情景下,到2050年(2100年),当前百年一遇的极值水位将分别变为30年(2年)一遇(RCP4.5)和25年(低于1年)一遇(RCP8.5)的频繁极端事件。这表明未来厦门沿海极值水位的危险性将显著上升,应采取充分的适应措施降低洪涝灾害风险。     

基于海气耦合模型的渤海两种类型风暴潮数值模拟与对比分析

渤海一年四季都易受到由温带风暴和热带气旋所致风暴潮的影响。为了缓解风暴潮灾害对海岸地区人员生命财产的影响,十分有必要了解大型风暴潮的发生过程和机制。目前大部分研究主要局限于单一的温带风暴潮或台风风暴潮。本文利用所构建的海气耦合数值模型研究了发生于渤海的两种类型的风暴潮,对发生在渤海的2次典型强风暴潮过程进行了模拟。由WRF模型模拟得到的风场强度和最低海平面气压与实测数据吻合较好,由ROMS模型模拟得到的风暴潮期间水位变化过程与潮位站观测结果也吻合较好。对两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布进行了分析对比,并将耦合模型结果与非耦合模型结果进行了对比。研究表明,渤海两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布等均存在巨大差异。渤海风暴潮的强度主要由海洋表面的驱动力所决定,但同时也受海岸地形地貌的影响。     

浅海流体动力学一种含变湍粘性系数的流速分解模型(Ⅱ)——模型在超浅海风暴潮零阶问题中的应用

本文将流速分解模型应用于作为超浅海风暴潮的渤海风潮,并讨论了变湍粘性系数的确定。作为一个初步的,但较为成功的数值试验例子,描述了实际风场作用下的渤海风潮,比较了变湍粘性系数模型与常湍粘性系数模型的计算结果间的差异。     

珠江口外海水声速经验正交函数分析

利用珠江口外海多年的水文观测资料,采用经验正交函数(EOF)法分别对该海域表层及21°N垂向断面的声速及其距平值进行了分析.结果表明该海域表层声速自西北向东南增大,21°N垂向断面声速随水深的增加而减小.EOF法分析声速及其距平值得出的第一个特征分量在该区域表层和21°N垂向断面上都是最重要的.声速季节变化显著:自上一年的10月开始减小,2或3月减到最小值后开始增大,7~9月增至最大值,有显著的年变化周期.声速也似有年际变化:1981年冬季声速开始减小,一直持续到1982年秋季,1982年冬季开始呈增大的趋势.声速的年际变化强度随着水深的增加而减弱.     

涡分辨率海洋模式及其海气耦合模式中吕宋海峡处的黑潮入侵

比较了准全球涡分辨率海洋模式（简记为LICOMH）及其海气耦合模式（简记为LICOMHC）中的黑潮入侵南海与观测中黑潮入侵的差异。我们发现在单独海洋模式中黑潮入侵与观测相比过强,而在其海气耦合模式中这一差异得到了改善。冬季的吕宋海峡输送（LST）在LICOMH中为-8.8×10⁶ m³s^-1,而在LICOMHC中则下降到-6.0×10⁶ m³s^-1 。进一步的研究表明是大尺度风场,局地风应力和吕宋海峡以东中尺度涡旋的共同作用导致了黑潮入侵在两个模式中的不同。LICOMH中吕宋岛东北部相对较强的气旋导致了较弱的黑潮输送及吕宋海峡处较强的黑潮入侵。以上三者共同作用造成的LST差异大约是2.0×10⁶ m³s^-1,与两个模式间的LST差异大小基本相当。进一步对LICOMH与LICOMHC中的EKE收支进行分析表明,LICOMH中更强的EKE输送及斜压转换项导致了黑潮以东存在更强的气旋,而海表风场对两个模式中的涡旋差异贡献极小。     

南海北部及珠江口细菌生产力研究

2004年2~3月和2004年8~9月两个航次中对珠江口及南海北部海域的异养浮游细菌生物量、生产力及其调控机制进行了观测研究.结果表明,营养物质的供应对调查区域真光层水体内的细菌生物量和生产力起着主要控制作用,从而导致冬季航次珠江口-陆架-外海调查断面表层细菌生物量和生产力呈现沿盐度梯度向外海逐渐降低的特征.就南海北部调查区域而言,冬季真光层异养细菌生物量(C)平均为(712±290)mg/m2,夏季平均为(937±397)mg/m2;真光层细菌生产力(C)冬季平均为(65.1±42.8)mg/(m2·d),夏季平均(52.5±28.6)mg/(m2·d).本调查中,南海北部海区IBP和IPP比值范围是4%~96%,平均为26%,IBP和IPP比值与初级生产力呈负相关,其分布特征与新生产力f比的分布趋势相反,显示了异养细菌在真光层物质循环过程中所发挥的作用在南海近岸富营养海域和外海寡营养海域之间的差异.     

渤海夏季环流的高分辨率海浪-潮汐-环流耦合模式研究

The Bohai Sea is a shallow semi-enclosed inner sea with an average depth of 18 m and is located at the west of the northern Yellow Sea. The climatological circulation pattern in summer of the Bohai Sea is studied by using a wave-tide-circulation coupled model. The simulated temperature and the circulation agree with the observation well. The result shows that the circulation pattern of the Bohai Sea is jointly influenced by the tidal residual current, wind and baroclinic current. There exists an obvious density current along the temperature front from the west part of the Liaodong Bay to the offshore area of the Huanghe Estuary. In the Liaodong Bay there exists a clockwise gyre in the area north to the 40°N. While in the area south to the 40°N the circulation shows a two-gyre structure, the flow from the offshore area of the Huanghe Estuary to the Liaodong Bay splits into two branches in the area between 39°N and 40°N. The west branch turns into north-west and forms an anti-clockwise gyre with the south-westward density current off the west of the Liaodong Bay. The east branch turns to the east and forms a clockwise gyre with the flow along the east coast of the Liaodong Bay. The forming mechanism of the circulation is also discussed in this paper.     

基于WW3的南海北部有效波高时空变化及其极值重现期估算方法分析

本文基于第3代海浪模式WAVEWATCH III （WW3）模拟的1996–2015年海浪后报数据,分析了南海北部有效波高及其极值的时空变化特征,并采用Pearson-III和Gumbel两种极值分布方法对该区极值波高重现期进行了估算。结果表明,南海北部有效波高的季节变化和空间分布与季风风场基本一致,呈现秋冬高春夏低,并自吕宋海峡西侧向西南降低的特征,与ERA5再分析数据结果高度相似。有效波高极值（简称极值波高）的时空分布特征受时间分辨率强烈影响,采用极值数据的分辨率越高（如逐小时）,所展现的台风型波浪特征越显著。扣除季节变化信号后的有效波高和年极值波高均体现出较强的线性增高趋势,近20年升高的比例分别为7.7%和31.6%,值得警惕和关注。该区多年一遇极值波高存在若干个大值区,且与台风的路径、强度有直接联系,表明台风是引发该区域极端大浪的最主要机制。对比Pearson-III和Gumbel极值分布估算结果发现：若极值波高较低,频率随极值波高升高缓慢降低,此时两种极值分布的估算都比较准确,差异极小,可忽略不计;但当研究时间范围内,某年极值波高远超其他年份时,Pearson-III极值分布估算结果明显高于Gumbel极值分布估算结果,且更接近实际极值波高,即Pearson-III极值分布在此情况下表现更好。本研究表明对于特定海区,在出现超强台风引发极值波高远超出其他年份时,不同计算方法对极值波高的估算差异较大,会显著影响重现期的评估。此外,南海北部年极值波高的强烈增高趋势,也可能给计算未来极值波高重现期和海上工程防护带来不可忽视的影响。     

Case study on the three-dimensional structure of meso-scale eddy in the South China Sea based on a high-resolution model

Meso-scale eddies are important features in the South China Sea(SCS). The eddies with diameters of 50–200 km can greatly impact the transport of heat, momentum, and tracers. A high-resolution wave-tide-circulation coupled model was developed to simulate the meso-scale eddy in the SCS in this study. The aim of this study is to examine the model ability to simulate the meso-scale eddy in the SCS without data assimilations The simulated Sea Surface Height(SSH) anomalies agree with the observed the AVISO SSH anomalies well. The simulated subsurface temperature profiles agree with the CTD observation data from the ROSE(Responses of Marine Hazards to climate change in the Western Pacific) project. The simulated upper-ocean currents also agree with the main circulation based on observations. A warm eddy is identified in winter in the northern SCS. The position and domain of the simulated eddy are confirmed by the observed sea surface height data from the AVISO. The result shows that the model has the ability to simulate the meso-scale eddy in the SCS without data assimilation.The three-dimensional structure of the meso-scale eddy in the SCS is analyzed using the model result. It is found that the eddy center is tilted vertically, which agrees with the observation. It is also found that the velocity center of the eddy does not coincide with the temperature center of the eddy. The result shows that the model has the ability to simulate the meso-scale eddy in the SCS without data assimilations. Further study on the forming mechanism and the three-dimensional structure of the meso-scale eddies will be carried out using the model result and cruise observation data in the near future.     

秋、夏季珠江口、南海北部陆坡溶解态铝的分布及其影响因素

于2014年10月和2015年6月对珠江口、南海北部陆坡区域溶解态铝的分布进行观测,探讨影响其分布及季节差异的主要因素,并以其作为示踪因子探讨潜在的陆源物质跨陆架输送途径。研究结果显示,夏、秋季珠江口盐度为0时溶解态铝的浓度分别为690.0 nmol/L和360.0 nmol/L,在淡咸水混合初期溶解态铝迅速自水体清除,夏季的清除率(55.8%)大于秋季(29.7%)。在南海北部陆坡区域,夏季表层溶解态铝浓度表现为沿纬线方向西高东低的分布特点,秋季则相反;夏、秋季底层溶解态铝浓度均呈现出随着离岸距离增加逐渐降低的分布趋势。秋季溶解态铝浓度的分布与盐度呈现显著的负相关关系,表明其行为近乎保守,陆架混合水及黑潮次表层水等水团混合是影响南海北部陆坡区域溶解态铝分布的主要因素。并且以溶解态铝作为示踪因子发现,在21.6～22.2 kg/m³密度面区间存在自陆架向陆坡方向的跨陆架输送。而夏季陆坡中部受到珠江冲淡水的影响出现低盐水舌,但溶解态铝的浓度相对较低,表现出明显的不保守行为。浮游植物的清除作用是导致夏季陆坡区域溶解态铝分布异常的重要因素。     

用广义随底坐标海洋模式研究南海2000年夏季环流

基于2000年8月在南海调查航次得到的水文资料,首次采用广义随底坐标形式的改进POM模式对南海夏季环流进行了数值研究.用正交曲线性水平网格覆盖观测区域,在垂向上对近表海面层次采用近似z坐标,而近底层则为随底坐标.在计算海区实际地形及假设的水平均匀而垂直层化的密度分布下,实施的两个数值计算试验表明,本模式采用的垂直坐标方案比传统的σ坐标方案优越,随底坐标模式因压力梯度项在起伏地形下产生的系统计算误差将变得十分的微小.在南海2000年夏季环流的实际计算中,首先对观测资料进行了60d的诊断计算,然后在诊断已得到的动力场结果基础上,又进行了10d左右的预报运行得到半诊断结果.从计算结果来看,它依赖于参数C_vis与C_dif的选择,特别是参数C_vis,文中取值为C_vis=C_dif=008.比较诊断与半诊断两个计算过程的结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别.这是因为半诊断计算的方法对密度场作适当的动力调整,使其与地形、风场等更加匹配.在大尺度环流结构不受影响的情况下,尽可能地消除了小尺度噪声,可使计算得到的流场更为清晰.2000年8月南海计算区域环流的最大特点是多涡结构,其中有些反气旋暖涡和气旋式冷涡相间分布.在越南东南海域自表层至1000m水层稳定存在着一个显著的反气旋暖涡,其中心位置在11°51'N,112°07'E(诊断计算),水平尺度约为300km.此暖涡以东存在一个气旋式冷涡,这两个冷、暖涡是研究海区夏季环流的重要环流特征之一.在计算区域东北部夏季环流以反气旋环流系统为主;在计算区域东南部夏季环流以气旋系统为主;南海夏季环流分布,明显出现西部强化特征.     

The calculation of the circulation in South China Sea by a diagnostic model

A high resolved two - dimensional linear global diagnostic model combining with the dynamical calculation is used to calculate ve- locity field in the South China Sea(SCS). The study of model results shows that eddy diffusion does not change basic structure of circulation in the SCS and does not change the direction of invasive water, but changes the value of transport considerably espe- cially in straits. The velocity field is not changed whether the wind stress is considered or not. This result shows the circulation is largely determined by a density field which well records most of the important contribution of the wind stress effect. Potential vor- ticity is calculated to testify the dynamics of the model results. The result shows that a good conservation of the nonlinear PV. This indicates most effects of the important nonlinear processes are well recorded in density and the nonlinear term is negligible so that the simplified model is reliable. The model results show the water exchanges between the SCS and open ocean or surrounding seas. Cold deep water invades through Luzon Strait and Warm shallow water is pushed out mainly through Karimata Straits. The model results also reveal the structure of the circulation in the SCS basin. In two circulations of upper and middle layers, a cyclon- ic one in the north and an anti-cyclonic one in the south, reflect the climatologic average of the circulation driven by monsoon. In the deep or bottom layer, these two circulations reflect the topography of the basin. Above the middle layer, invasive water enters westward in the north but the way of invasion of Kuroshio is not clear. Below the deep layer, a current goes down south near the east basin , and invasive water enters in the basin from the west Pacific.