基于高度计观测和模式数据诊断南大洋主要锋面与涡旋的特征

锋面和涡旋是南大洋重要的中尺度过程,南极绕极环流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)系统中的锋面及其裹携的涡旋构成了能量和物质的东向传播通道,对全球大洋的能量和物质平衡具有重要影响.基于海表高度计和B-SOSE(Biogeochemical Southern Ocean State E...     

南极斯科舍海涡旋分布及其内部水文结构特征分析

南大洋涡旋在跨锋面物质热量输送方面具有重要作用,斯科舍海位于德雷克海峡东面,属于重要的经济渔区,因此针对斯科舍海的涡旋分布及其影响进行研究具有迫切意义。本文基于2005–2019年卫星遥感数据对斯科舍海涡旋进行了探测与追踪,并统计了涡旋半径、传播距离、生命周期等特征参数,分析涡旋的地理分布特点、涡旋跨锋面情况以及移动特性,同时结合剖面数据分析了该海域涡旋内部水文特性。结果显示,该海域近92%的涡旋均为生命周期小于30 d的短寿命涡旋,平均半径集中在10～30 km之间。涡旋产生地主要集中在斯科舍海中部的极锋（PF）、南极绕极流南锋（SACCF）和亚南极锋（SAF）附近水深为3 000～5 000 m的海域。受斯科舍海海底山脊的阻碍作用,涡动能（EKE）高值聚集在PF和SAF之间,并在2016年之后达到显著正异常。跨PF和SACCF锋面的涡旋中,低纬向涡旋数量占主导,其中以气旋式涡旋居多。在高纬向涡旋中反气旋式涡旋占主导。涡旋内部水文结构显示,冷涡内部次表层相对低温低盐,与高纬水团特征一致;暖涡内部次表层相对高温高盐。推测冷涡可能携带高纬海域水体向低纬移动,暖涡可能携带低纬海水向高纬移动。本研究为进一步理解斯科舍海涡旋特性及其在该海域物质能量运输上的作用研究提供了基础支撑。     

2012年南海西北陆架冬季水文特征的观测分析

本文基于2012年12月南海西北部陆架海区的温盐和流速实测资料,分析了粤西和琼东陆架海区冬季三维温、盐结构和流场特征,给出沿陆架和跨陆架方向的水体和热盐通量。结果表明：（1）在50m以浅,粤西和琼东海区温度均由近岸向外海递增,深层则相反;冬季近岸海区混合层较深,外海密度跃层位于60—120m深度且层结较强,浮力频率大于10^–2/s;（2）海流大致沿等深线向西南流动,30m以深流速大小在0.03—0.40m/s之间,且随着深度增加而略有减小;琼东海区100m等深线附近在60m以浅水层观测到水体辐聚并有明显温度锋面存在;（3）沿陆架方向的水体和热盐输送均大于跨陆架方向,其中粤西单位面积沿/跨陆架水体通量平均值为0.13×10^–6/0.03×10^–6Sv/m²,低于琼东海区的0.91×10^–6/0.56×10^–6Sv/m²。     

夏季副热带西北太平洋地区大气涡旋空间分布特征的初步研究

应用1985—2002年夏季欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的40a再分析资料,初步分析了副热带西北太平洋区域温带气旋、热带气旋和高空冷涡三种涡旋的三维结构及其时空分布特征。结果指出:(1)不同种类的涡旋具有不同的三维结构特征;(2)温带气旋和热带气旋主要分布在400hPa以下,涡旋分布的高值区位于近海海区,向内陆方向或向远海方向分布减少。副热带高空冷涡分布在太平洋上空的400~100hPa,呈东西向带状分布;(3)三种涡旋的个体强度有不同的年际变化特征。     

北太平洋副热带逆流区中尺度涡旋的统计特征及其分布规律

本文基于卫星高度计得到的全球非线性中尺度涡旋数据集,分析了北太平洋副热带逆流(Subtropical Countercurrent.STCC)区域中尺度涡旋的统计特征,包括其基本特征、空间分布、传播特征、季节和年际变化;给出了该区域涡旋振幅、半径、旋转速度和罗斯贝数的分布直方图,并利用瑞利分布和对数正态分布对其进行了拟合。结果显示,涡旋振幅、半径、旋转速度和罗斯贝数的直方图很好地服从于对数正态分布。此外,通过与北太平洋中涡旋的对比研究,我们发现在STCC区中对数正态分布的拟合效果更好。本研究提高了对STCC区域中尺度涡旋统计特征的认识,明确了其与大洋中涡旋的区别;通过对数正态分布对涡旋特征的拟合,清晰地体现出了其分布规律,这在很大程度上降低了对观测数据的依赖,从而帮助我们更加有效地判断和预测涡旋特征的变化,同时为数值模式中涡旋的参数化提供了依据。     

基于卫星和浮标数据的副热带西北太平洋反气旋型中尺度涡旋的个例观测研究

The comprehensive three-dimensional structures of an anti-cyclonic mesoscale eddy(AE) in the subtropical northwestern Pacific Ocean were investigated by combining the Argo floats profiles with enhanced vertical and temporal sampling and satellite altimetry data. The AE originated near the Kuroshio Extension and then propagated westward with mean velocity of 8.9 cm/s. Significant changes and evolutions during the AE's growing stage(T1) and further growing stage(T2) were revealed through composite analysis. In the composite eddy core,maximum temperature(T) and salinity(S) anomalies were of 1.7(1.9)°C and 0.04(0.07) psu in T1(T2) period,respectively. The composite T anomalies showed positive in almost whole depth, but the S anomalies exhibited a sandwich-like pattern. The eddy's intensification and its influence on the intermediate ocean became more significant during its growth. The trapping depth increased from 400×10~4 Pa to 580×10~4 Pa while it was growing up, which means more water volume, heat and salt content in deeper layers can be transported. The AE was strongly nonlinear in upper oceans and can yield a typical mean volume transport of 0.17×10~6 m~3/s and a mean heat and salt transport anomaly of 3.6×10~(11) W and –2.1×10~3 kg/s during the observation period. The Energy analysis showed that eddy potential and kinetic energy increased notably as it propagated westward and the baroclinic instability is the major energy source of the eddy growth. The variation of the remained Argo float trapped within the eddy indicated significant water advection during the eddy's propagation.     

基于案例推理的海洋涡旋特征信息空间相似性研究

目前对海洋涡旋的分析主要采用水团、近海海流分析和数值模拟方法,这些方法结合不同的区域资料已经有过很多成功的研究。但面对日益增长的多源、大面积海洋遥感数据,在快速自动化提取海洋涡旋的空间信息方面还存在很多难题。因此该文针对海洋涡旋空间信息的快速定量分析问题,提出了基于案例推理(Case-Based Reasoning,CBR)的海洋涡旋空间相似性研究方法。该方法首先采用多源数据(遥感数据、遥感反演数据、观测数据等)进行历史涡旋案例定量分析,并构建基于CBR的海洋涡旋案例表达模型和历史案例库;继而采用“基于重心矢径的序列分析方法”进行历史涡旋空间相似性分析,并结合典型的海洋涡旋区域给出具体实例。研究结果表明该方法是可行的。     

南海西边界流区域涡旋特征及两类冬季环流对涡致热输运的调制

本文基于观测数据和模式产品,探讨了南海西边界流(South China Sea western boundary current, SCSwbc)区域海洋涡旋的统计特征、涡致热输运并重点探讨了两类冬季环流形态及其风场分布对它们的影响。结果表明研究区域的涡旋气候态上存在旋转速度很强,半径较大,振幅略高于平均值的涡旋统计特征,其中气旋式涡旋(cyclonic eddy, CE)的占比约为56.8%。并且涡旋的生成和消亡主要发生在冬/春季,而涡旋的振幅、半径和旋转速度在夏/秋季发展到顶峰。年际时间尺度上,年平均经向风应力与反气旋式涡旋(anticyclonic eddy,AE)的振幅、半径、旋转速度和消亡均有较好的相关性,但与CE特征的相关性并不好。“O”型冬季环流模态下,风场和南海西边界流显著减弱,冬季环流在越南沿岸发生向东分支。涡旋在“O”模态下吸收平均流能量迅速发展,在越南沿岸东部地区产生了强的涡致热输运(eddy-induced heat transport, EHT)。同时,涡旋内部旋转速度减小且反气旋式涡旋个数减少;“U”型冬季环流模态下,情况则相反。     

基于20年卫星遥感资料的黄海、渤海海雾分布季节特征分析

目前对海上雾分布的认识多基于沿岸测站和海上船舶、浮标观测,但这些数据非常稀少,且存在代表性和数据质量方面的问题,因此一直缺乏对海雾分布更全面、清晰的了解。卫星遥感数据空间均一、覆盖范围广、质量一致,具有对无云条件下大范围、离岸海雾监测的优势。本文通过分析算法检测出的1989-2008年黄渤海海雾及云的频数、分布百分率信息,得到了黄渤海海雾季节变化的较全面特征。除印证其他资料或研究的结论外,还发现:(1)黄海海雾频数随季节变化的幅度较渤海明显;(2)黄海、渤海海域存在冬季海雾多发时段;(3)海雾生消过程中有覆盖区变化的东传特征;(4)春夏雾季中存在黄海中部和西朝鲜湾两处海雾多发区,其中西朝鲜湾也是全年海雾最多的海域。另外,在样本充足的情况下,通过对检测出的低云、中高云覆盖百分率和海雾频数的分析统计,还能估算出黄海、渤海部分季节20年海雾发生的平均概率。     

吕宋海峡黑潮脱落涡旋的特征分析

涡旋脱落在西太平洋和南海的海水属性交换中起到重要作用。为研究吕宋海峡附近海域由黑潮脱落并进入南海的涡旋特征,本文采用1993—2014年法国空间局(AVISO)多卫星融合海面高度距平(SLA)和绝对动力地形(ADT)全球网格化延时数据,美国国家海洋数据中心(NODC)的WOA13年平均温盐剖面气候数据,以及1993—2010年SODA2.2.4月平均海洋同化数据集,并分析了黑潮脱落涡旋与大尺度环流的关系。结果表明:(1)暖涡脱落数量远多于冷涡数量,且脱落的冷涡绝大部分在黑潮西侧边缘生成,而脱落的暖涡则大部分在黑潮控制区生成。(2)冷涡、暖涡脱落时的平均半径、平均振幅相近,但是冷涡的平均生命、平均迁移距离约为暖涡的一半。(3)冷涡不是每年都有脱落,主要在冬季脱落;暖涡则每年均有脱落,主要发生在秋季。(4)脱落涡旋数量与脱落时的黑潮路径类型相关。(5)脱落涡旋的平均西行速度为5.8cm/s,与斜压第一模态长Rossby波波速及大尺度环流的西向平流流速之和相近。     

印度洋东部延绳钓渔业渔获组成的初步研究

分析1997年6月至1999年5月期间中国水产总公司金枪鱼船队在印度洋东部赤道水域作业的有关数据。结果显示，渔获物以大眼金枪鱼、黄鳍金枪鱼为主，二者分别占渔获物总重量的60．00％和20．88％，以及渔获物总尾数的41．39％、11．51％。渔获组成具有明显的逐月变化。     

基于再分析数据的南大洋区域Ekman流时空分布规律研究

南大洋Ekman输运是全球大气-海洋耦合气候系统的重要组成部分,对该区域Ekman动力过程的研究极为重要.首先基于实测数据和文献资料,对GEKCO2 (Geostrophic and Ekman Current Observatory 2)产品提供的Ekman流数据进行了评估,验证了数据的有效性;并结合CCMP(cro...     

2001/2002年夏季南极普里兹湾及其邻近海域的浮游植物

报道了 2 0 0 1 /2 0 0 2年夏季南极普里兹湾邻近海域 3 7个大面测站浮游植物的调查结果。经初步鉴定共有浮游植物 3门 3 7属 86种 ,其中硅藻在种类和细胞丰度上占绝对优势 ,其次为甲藻。主要优势种为克格伦拟脆杆藻 (Fragilariopsiskerguelensis)、细条伪菱形藻 (Pseu do nitzschialineola)、短拟脆杆藻 (Fragilariopsiscurta)和赖氏束盒藻 (Trichotoxonreinboldii)等南极特有种类和常见种类。调查区浮游植物分为两个群集 ,分布在 6 7°S以南的普里兹湾内的群集主要以克格伦拟脆杆藻、短拟脆杆藻、胡克星脐藻 (Asteromphalushookeri)和南极弯角藻 (Eu campiaantarctica)等南极特有种类和常见种类为主 ;分布在 6 7°S以北的大洋海域的群集主要以细条伪菱形藻、赖氏束盒藻、拟膨胀伪菱形藻 (Pseudo nitzschiaturgiduloides)和羽状环毛藻(Corethronpennatum)等南极常见种为主。调查区浮游植物的平均细胞丰度为 (8796± 2 92 85 )ind/L ,细胞多分布于海水的表层 ,密集区分布在 6 7°S以南的普里兹湾内 ,浮游植物的细胞丰度同硝酸盐的浓度密切相关。调查区浮游植物的多样性程度是低的。     

冰藻对南大洋大西洋扇区南极磷虾越冬期间碳源的贡献

南极磷虾是南大洋生态系统的关键物种, 种群聚集在南大洋的大西洋扇区。海冰在南极磷虾生活史中起着重要作用, 海冰及其冰下环境为磷虾越冬提供了避难场所, 但海冰是否为磷虾越冬提供了重要的饵料存在一定的争议, 对此问题的解决需要量化源于海冰的冰藻对南极磷虾越冬期间饵料及碳源的贡献。基于2020年冬季(3~8月)于南大洋大西洋扇区48.1亚区(布兰斯菲尔德海峡周边区域)和48.3亚区(南乔治亚岛周边海域)采集的磷虾样品, 通过两种高支链类异戊二烯化合物(IPSO₂₅和HBI III)分别作为源于海冰的冰藻和源于水体浮游植物的生物标志物, 对两个区域冬季磷虾对冰藻和浮游植物的依赖进行研究。结果显示, 处于较高纬度、海冰密集度较高的48.1亚区的南极磷虾体内含有更高的IPSO₂₅, 而处于开阔水域48.3亚区的磷虾体内有更高比例的HBI III, 另外48.3亚区磷虾的δ¹³C和δ¹⁵N稳定同位素显著高于48.1亚区的磷虾。48.1亚区南极磷虾越冬期间对浮游植物和冰藻的依赖与体长相关, 其中体长相对较短的早期成体呈现更高的依赖性, 同时该区域磷虾对冰藻的摄食提高了其营养级地位。48.3区南极磷虾越冬期间两种类异戊二烯含量与δ¹⁵N稳定同位素数值呈负相关关系, 表明该区域南极磷虾在初级生产匮乏时会摄食动物性饵料。若未来南大洋大西洋扇区海冰持续减少, 这将对整个磷虾种群、磷虾渔业的可持续发展和区域生态系统的稳定性产生威胁。     

北印度洋风暴潮特征及其对气候信号的响应研究

北印度洋是我国“海上丝绸之路”的重要通道,其每年热带气旋活动引起的风暴潮等严重威胁着船舶航行安全和沿岸国家人民生命财产安全。分析研究北印度洋风暴潮的特征,对我国经济发展及北印度洋沿岸国家防灾减灾具有重要的现实意义。利用美国联合预警中心(the Joint Typhoon Warning Center, JTWC)公布的1950~2020年热带气旋资料、美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)公布的1950~2020年热带气旋资料与1950~2020年的Niño3.4指数、夏威夷大学海平面中心(University of Hawaii Sea Level Center, UHSLC)公布的北印度洋每小时的水位数据进行分析,结果表明:　(1)北印度洋大于1 m的风暴潮主要分布在孟加拉湾北部,少量分布在孟加拉湾其他区域与阿拉伯海; (2)孟加拉湾北部区域的年际最大热带风暴潮(annual maximum tropical cyclone storm surge, AMTSS)与当月Niño3.4指数、南方涛动指数(southern oscillation index, SOI)相关性较高、受厄尔尼诺-南方涛动(EI Niño-Southem Oscillation, ENSO)的影响明显; (3)北印度洋AMTSS月际分布呈现双峰分布,与热带气旋(tropical cyclone, TC)的月际分布基本一致; (4) La Niña期间影响孟加拉湾北部的热带气旋在数量与强度方面均超过El Niño期间影响孟加拉湾的热带气旋,是La Niña期间风暴潮极值大于EI Niño期间风暴潮极值的重要原因。研究表明, AMTSS对ENSO信号的响应可能为AMTSS提供了潜在的可预测性,这对早期预警和减少风暴潮灾害具有重要意义。     

TOGA—COARE强化观测期间热带太平洋的海气特征

对TOGA—COARE强化观测期间(IOP)热带太平洋海域的海平面气玉,射出长波辐射,低层纬向风,海表层温度和20℃等温线深度等物理量的分布和演变特征进行了分析,指出IOP期间热带西太平洋海洋大气耦合系统的某些特征,为进一步分析研究强化观测期间获得的资料,提供气候背景。     

南海中南部表层沉积物黏土矿物分布及控制因素

利用南海中南部表层沉积物151个样品中黏土矿物的测试数据,计算了主要黏土矿物含量的平均值并编制分布图,据此分析黏土矿物的分布特征及其控制因素。南海中南部表层沉积物中的黏土矿物组合类型为伊利石-蒙脱石-高岭石-绿泥石,含量平均值依次为47%、19%、17%和16%。高岭石含量分布具有北部低、南部高的特点,与之对应的是蒙脱石矿物含量呈现北部高、南部低的趋势。伊利石和绿泥石含量分布规律不甚明显。前者呈现北部略高、南部稍低的分布趋势,含量变化起伏较大;后者的含量变化呈西北陆坡区稍偏低,其他部位含量分布均匀的趋势。伊利石/高岭石含量的比值变化与高岭石含量变化呈明显的负相关关系。从黏土矿物含量的分布规律来看,控制本区黏土矿物分布的主要因素有物源的搬运和输送、水动力条件变化、海底火山活动、地球化学环境影响等。     

2002-2014年间基于海平面变化的海洋增暖趋势研究

21世纪以来全球变暖进入停滞时期,研究表明,大量热量进入海洋深层是导致全球平均表面温度暂缓上升的主要原因。本文估计和研究了2002.4-2014.12间由热膨胀导致的海平面变化趋势,以此来探测海洋热含量的变化情况。研究使用GRACE重力卫星CSR RL05数据计算了全球海洋的水质量变化,并结合海平面异常数据,计算了由热量变化导致的海平面变化（Net SLA）。将Net SLA与Ishii温度数据计算的海洋热含量进行相关性分析后表明,Net SLA与海洋热含量存在高度相关性,相关系数最大值达0.95。考虑到海洋观测只能表现海洋上层2000m的热含量变化,而除去水质量变化的海平面变化则反映了整层海洋的热含量变化,是估计海洋增暖趋势快慢的有利工具。经计算得出,2002至2014年间南太平洋和南印度洋存在加速增暖趋势,而近年来南半球环状模的增强是导致其增暖的主要原因。