海洋监测设备实验水槽的环境动力参数Ⅱ.模型参数

确定几何缩尺比和模拟的环境参数是开展物理模型实验的基础。为了提供海洋监测仪器设备模型测试时所需的选取环境参数及其模型值的依据,给出了"工作海况"和"极端海况"条件下各典型海域的风、浪、流等环境参数,确定了两个典型几何缩尺比对应的模型参数,并给出典型设备特别是海洋能利用装置在水槽进行模型实验时的模拟参数选取。     

基于波浪水槽实验建立陡坡-礁盘地形的拍岸浪统计计算模型

目前的拍岸浪统计计算模型主要针对缓坡地形,对于陡坡-礁盘地形拍岸浪计算模型的研究还非常少。本文中整理了国际上多种拍岸浪统计计算模型,利用波浪水槽实验数据检验了这些模型在陡坡-礁盘地形上的适用性,推荐Komar模型用于陡坡拍岸浪计算。基于波浪水槽实验对比分析了缓坡地形和陡坡-礁盘地形上的拍岸浪演变特征,初步提出了礁盘地形上一种新型拍岸浪统计计算模型,它和Komar模型组合,对陡坡-礁盘地形的拍岸浪具有较强的模拟能力。计算得到陡坡段和礁盘段破碎波高的平均相对误差分别为4.45%和5.04%。本文研究成果可以为岛礁地形上拍岸浪的预报及相关数值模拟研究等提供数据和参考。     

基于海洋仪器设备的动力环境实验模拟

海洋动力环境实验模拟是海洋环境监测技术、海洋能开发技术研究的基础,其目的是为海洋仪器设备的研制与测试提供模拟的实验环境.实验模拟动力环境参数的确定是关键,根据海洋仪器设备(包含海洋监测仪器设备与海洋可再生能源开发利用设备等)的需求以及我国沿海实际风、浪、流的特征,确定了实验模拟的相关参数.     

海洋微塑料污染与塑料降解微生物研究进展

塑料垃圾在近海、大洋水体和沉积物中均广泛存在,并不断累积,对海洋生态系统构成了重大威胁,引起了国际社会的高度关注。本研究从环境生态和塑料降解微生物两个角度回顾了近几年相关方向上的研究进展,包括国内外海洋塑料特别是海洋微塑料在近海与深海等环境中的分布与丰度,以及近海、大洋等环境中降解菌多样性及其降解机制。总体而言,微塑料广泛分布在多种海洋环境,特别是在河口和近海的海水和沉积物,近岸沙滩,以及大洋环流中心;目前已报道的塑料降解菌及其降解酶主要来自陆地土壤和塑料垃圾处理环境,并以聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)降解菌和降解酶的研究最为深入。当前,中国科学家已在近海、大洋深海(深渊)以及极地等大洋环境中,开展了微塑料分布特征和丰度调查,并在生态危害方面开展了研究,但在海洋塑料降解微生物方面还鲜有报道。塑料在海洋环境中的最终归宿以及微生物在塑料降解过程中的作用亟待评估,建议在大洋深海科考中整体布局、联合开展这两个方面的相关研究。     

基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法

为了能够合理准确地描述海洋锋特征体系以及锋区本身的各种结构要素,提出了一种中国近海海洋锋分海区分析方法:首先,在对中国近海27条典型海洋锋的时空分布特征和季节演变系统归纳的基础上,基于多年卫星遥感海面温度数据锋面出现频率图,得出中国近海海区锋面系统划分方法;然后,利用日益更新的高时空分辨率卫星遥感海面温度数据,对各划分海区内海洋锋时空分布特征进行分析,调整纠正以往锋面系统分析的偏差或空缺,对中国近海锋面系统进行补充完善,为中国近海各锋面系统特征参数的规范化分析和准确的特征描述奠定基础。该方法对完善我国近海锋面系统研究具有长远的应用价值,对形成中远海及世界大洋海洋锋时空分布特征具有指导作用。     

基于浪流耦合模型的台风浪数值模拟

基于CCMP风场资料,采用无结构网格、浪-流双向实时耦合模型FVCOM-SWAVE,模拟强热带风暴"米雷"在中国近海区域产生的海浪场,将耦合模型模拟的有效波高和平均周期与实测浮标资料进行比对,发现模拟结果的各类误差总体较小,说明耦合模型能够较好地模拟考虑浪流相互作用下中国近海台风浪过程。对比考虑潮汐引起的水位变化与不考虑水位变化情况下对耦合模型模拟结果的影响,发现在近岸区域考虑潮水位情况下的有效波高和平均周期模拟结果周期性特征明显,说明潮汐对耦合模型在近岸处有效波高的模拟影响显著。     

中国近海环流数值模拟研究综述

按照研究时间由早期到现代,研究方法由简单到复杂的顺序,综述了近几十年来海洋数值模拟工作在中国近海所取得的研究成果.目前,通过数值模式已经能够基本合理地模拟中国近海的海洋环流,黑潮、台湾暖流、黄海暖流等的路径、流量,对马暖流源区等问题的特征在数值模拟结果中也逐渐清晰.通过分析已有的工作,认为还存在多项关键技术问题,并受对中国近海环流认知程度的限制,中国近海环流的数值模拟研究还需要进一步的发展和完善.在未来的数值模拟研究中,通过变网格或多重网格嵌套技术,实现中国近海高分辨率的数值模式;应用更加符合实际情况的海洋参数化方案,发展风-浪-流-潮耦合模式;结合资料同化技术,发展预报模式等都应是中国近海环流数值模拟研究的重点发展方向.     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

中国近海石油开发区环境条件参数区划

从海洋结构物设计、评定及海上油气勘探开发作业的角度，结合我国海洋环境要素观测和研究的情况，研究了我国近海石油开发区海洋环境条件的参数区别。分析了狭义的环境要素对海上结构物设计及海上生产的影响，探讨了海洋环境条件区划参数及其特征量、区域环境条件应包括的环境要素参数及特征量。初步对渤海海域的海水条件进行了区划。     

中国近海海面地形及形成机制研究

用几何水准法、水文法、重力—卫星测高法三种不同方法求得了中国近海海面地形,给出了中国近海海面地形数学模型和中国近海海面地形图,探讨了中国近海海面地形形成机制,包括海洋水文因素、大气压力影响,以及太平洋北赤道流的影响。     

On the transport of water masses by long-period waves in seas and oceans

Parallel with the traditional hypotheses on the predominantly wind (Ekman), gradient, and thermohaline nature of large-scale currents in seas and oceans, there exist hypotheses on the participation of long-period waves in the formation of these currents. As the physical mechanisms of generation of currents by waves, one can mention nonlinear wave transport and the phenomenon of negative viscosity in waves. From the viewpoint of existence of these mechanisms, numerous scientists explain high velocities of jet currents and their stable character. The predominant role of winds and thermohaline processes in the formation of large-scale currents is also accepted. On the basis of the experimental data, we demonstrate additional possibilities for the formation of large-scale currents given by the transport of water masses by long-period waves.Translated from Morskoi Gidrofizicheskii Zhurnal, No. 5, pp. 24–34, September–October, 2004.This revised version was published online in May 2005 with corrections to cover date.     

Monitoring of the Black-Sea Dynamics Based on Satellite Technologies

We present a survey of the principles and methods of satellite monitoring of the ocean, analyze the prospects of application of the data of satellite measurements to the operative diagnostics and prediction of circulation in the Black Sea, and discuss the physical foundations of remote sensing, the possibilities of contemporary equipment aimed at the observation of the sea surface from satellites, and the applicability of satellites as retransmitters of the data of measurements from free-drifting buoys. The contemporary oceanographic investigations carried out from satellites enable one to use the accumulated data for the numerical analysis of currents in seas and oceans in the model of general circulation as well as for the creation of a system of operative diagnostics and prediction of the state of marine environment. Examples of experimental realization of elements of the system of operative diagnostics of the state of the Black Sea based on the use of the satellite data are presented and the prospects of prediction of currents in the basin are analyzed.     

历次核试验进入海洋的~(137)Cs对中国近海影响的模拟研究

1945年以来,世界各主要核国家进行了数千次核试验,这些核试验产生的绝大部分放射性物质通过多种途径进入海洋,对海洋环境造成放射性污染。本文建立了一个准全球海洋的放射性物质输运和扩散数值模式,通过数值模拟手段评估了历史核试验释放的放射性物质137 Cs对中国近海海洋环境的影响。本文借助前人工作评估了核试验释放137Cs进入海洋的途径和总量;通过比较模拟结果与观测资料,表明本文建立的放射性物质模式能够较好地模拟出137Cs在中国近海及其邻近海域的分布情况和随时间演变特征;模拟结果表明中国近海里的137Cs浓度在20世纪50年代中期达到最大,其中吕宋海峡海域137Cs浓度最高,达80.99Bq/m3;进一步分析了2011年3月份日本福岛核事故前中国近海137Cs浓度分布状况,2011年整个中国近海137Cs浓度介于1.0~1.6Bq/m3间,且其浓度垂向分布较均匀,相对封闭的南海浓度略高于其他海域。     

Studies of the sea using HF radio scatter

Radio signals of decameter wavelength resonantly scattered from waves on the sea surface are used to measure precisely the wavelength, frequency, and direction of travel of those waves. These measurements are not only important in themselves, but are also used to deduce currents, winds, and perhaps wind stress at the sea surface. Techniques for obtaining these measurements, as well as experiments to evaluate these techniques are discussed. Finally, scatter has been used to produce the first high-resolution measurements of the directional distribution of large ocean waves, measurements of ocean surface currents at ranges of 20 km, and of surface winds at ranges of 3000 km.     

A Review on the Currents in the South China Sea: Seasonal Circulation, South China Sea Warm Current and Kuroshio Intrusion

Researches on the currents in the South China Sea (SCS) and the interaction between the SCS and its adjacent seas are reviewed. Overall seasonal circulation in the SCS is cyclonic in winter and anticyclonic in summer with a few stable eddies. The seasonal circulation is mostly driven by monsoon winds, and is related to water exchange between the SCS and the East China Sea through the Taiwan Strait, and between the SCS and the Kuroshio through the Luzon Strait. Seasonal characteristics of the South China Sea Warm Current in the northern SCS and the Kuroshio intrusion to the SCS are summarized in terms of the interaction between the SCS and its adjacent seas.     

河流和暖平流对中国东部近海逆温层影响的数值研究

为定量化研究影响中国东部近海逆温层产生和发展过程的主要因素,基于Princeton Ocean Model(POM),通过进行河流和暖流的增减试验,对逆温层的季节变化及其影响因素进行了分析。模拟结果显示,受海表失热影响,逆温层主要出现在9月至翌年3月份,山东半岛北部及东部近海、闽浙沿海为三个主要逆温层发生区域,其中山东半岛北部近海逆温层范围和强度最大。当无河流输入时,整个研究海域无逆温层出现,而河流加倍或减半对逆温层的影响主要体现在长江口邻近海域,出现概率分别增高22%和降低15%。当暖流加倍或减半时,长江口邻近海域逆温层出现概率大幅增高23%和降低69%,山东半岛东部近海次之,分别增高34%和降低25%。当关闭暖流时,长江口外海逆温层消失,山东半岛东部近海逆温层出现概率降低约70%,且变浅76%。以上表明,河流淡水是中国东部近海逆温层形成的必要条件,在保持必要河流淡水输入条件下,暖流的变化对中国东部近海逆温层形成的影响比河流变化大,其中对长江口外海影响最大,山东半岛东部近海次之。暖流流量的增减可引起100 m以浅陆架区的海表面高度异常,影响跨40 m等深线海水交换和温盐锋面的形成,造...     

黄东海间遗传连通性多物种案例分析与启示

黄东海是太平洋重要的边缘海,拥有丰富的海洋生物多样性资源,但在气候变化及人类活动的双重胁迫下,黄东海面临生物多样性衰退等问题,亟需加强保护。保护区网络被认为可有效防止或减缓人类活动和气候变化对生物多样性的负面影响,但连通性作为保护区网络的重要参数却很难直接测量。因此,本研究希望通过梳理已发表的黄东海间遗传连通性文献来揭示黄东海区域内的保护区是否形成网络。通过搜集已发表的137篇文献,共获得175个研究案例。超过半数的案例(65.71%)认为黄东海之间具有显著的遗传分化,这也意味着跨生态区群体间具有较低的遗传连通性。在总结影响因素时发现长江冲淡水、生境异质性、空间距离、进化过程、生活史(较短的浮游幼体期)、洋流等6个因素阻碍了黄东海群体间的遗传连通性,而洋流、生活史(较长的浮游幼体期)等2个因素促进了遗传连通性。进一步分析发现黄东海群体间的遗传连通性与空间距离呈显著的负相关,而与浮游幼体期呈正相关。因此,根据本研究结果,建议未来保护区网络建设应针对黄、东海生态区分别构建网络,在网络设计时应考虑保护对象的扩散能力及保护区间的空间距离。本研究不仅为构建涵盖黄东海的海洋保护区网络提供理论基础,...     

Statistical study on the local equilibrium between wind and wind waves by using data from ocean data buoy stations

The local equilibrium between the wind and wind waves, which is defined by a range of the coefficient of the 3/2-power law between the non-dimensional significant wave height and period, is statistically investigated by using wind and wave data obtained at four ocean data buoy stations in the seas near Japan. The friction velocity is calculated from the wind speed measured at one height together with the significant wave period by using formulas of the wave dependent drag coefficient proposed by Tobaet al. (1990). The data for small waves or for weak winds indicate that the waves do not satisfy the criterion for the local equilibrium, because they may be affected by changing winds or remotely generated swells. In the seas near Japan, the data which satisfy the local equilibrium are about 6% through a year. Otherwise swells are dominant in most situations. Changing winds also cause deviations from the local equilibrium. The degree of satisfaction of the local equilibrium can be classified by ranges of the significant wave height. As the significant wave height exceeds 4 m, the local equilibrium is more frequently satisfied.     

印度洋-西太平洋海洋动物谱系地理演化格局

印度洋和西太平洋海域,拥有大量浅海大陆架、边缘海和岛屿,孕育了全球最丰富的初级生产力和渔业资源,尤其是作为该区域陆源物质输入、两大洋能量汇聚中心和生物多样性中心的东印度三角,在全球海洋生物分布和进化中扮演了重要角色.本文结合物理海洋和化学海洋环境,通过线粒体基因和核基因等分子标记研究结果,归纳分析了印度洋和西太平洋区域...