夏季南黄海跨锋断面的生态环境特征及锋区生态系的提出

基于2006年夏季综合调查资料,分析和研究了南黄海陆架锋的分布以及跨锋断面的生态环境特征,并结合锋区的生物学和生态学现象,提出了锋区生态系的观点.结果表明:在南黄海西部冷水团边界附近海域存在因潮混合而形成的浅水陆架锋(潮汐锋),其中以长江口东北部至江苏北部外海、山东石岛外海和海州湾外侧的陆架锋最明显,而且与表层冷水区相...     

黄海冷水团锋面与潮混合

本文应用 Simpson-Hunter 提出的潮混合形成浅水陆架锋的概念,讨论了黄海冷水团锋面及其它有关问题。用近最大潮流流速计算了黄海和东海北部的层化参量,得到划分层化和垂直均匀区的临界层化参量为1.8。在增温季节,整个黄海冷水团的边界是由潮混合控制的。夏季东海北部气旋型涡旋的西边界也由潮混合所控制。海面温度资料还表明:在强潮混合区外缘,存在着由潮混合引起的浅水海洋锋。     

黄海西南部陆架锋区锋断面环流数值模拟

浅水陆架锋是近岸混合区与外海层化区的分界面,对近海海雾形成、渔业生产及污染扩散有重要影响。赵保仁根据实测SST资料利用Simpson-Hunter参量提出黄海沿岸区域存在潮混合控制的浅水陆架锋,他还进一步指出,黄海沿陆架锋与冷水团边界区是黄海的主要上升流区,即锋面上升流区,夏季黄海西部沿岸存在沿冷水团锋面南下的强流。James用这一诊断模型讨论过锋区环流情况,Garret等用的是半诊断模型。他们均得出垂直于锋面的断面内在锋区附近存在着双环流结构。     

南黄海西部的陆架锋及冷水团锋区环流结构的初步研究

本文依据1984年7月的实测水文资料和卫星图片,指出了南黄海西部存在着因潮混合形成的浅水陆架锋,分析了陆架锋区的水文结构,指出在冷水团锋面区域海洋上层存在着一个因下层冷水上升而形成的低温、高盐、高氧带,沿陆架锋及冷水团边界区域,是黄海的主要上升流区。本文还指出,夏季黄海沿岸流主要是一支沿黄海冷水团锋面南下的强流(jet)。在冷水团衰退时期,随着冷水团的退缩,这一沿锋面的流动将向外海推移。     

黄海的风、潮混合特征及其对冷水团边界的影响

本文第一作者早在1985年就提出,潮混合效应控制着夏季黄海冷水团的边界及海面冷水分布(赵保仁,1985)。1987年又进一步通过水文调査资料和卫星图片给出了黄海周围的浅水陆架锋(或称潮汐锋)的分布及强锋区的跨锋断面中的温度、盐度和坏流结构特征,并指出夏季的黄海沿岸流在性质上属沿锋面运动的强流(赵保仁,1987a,b),而后又对黄海西部的陆架锋进行了一次专门调査(赵保仁等,1991)。此外,他还指出黄海的强温跃层的形成和转移现象也与潮混合现象密切相关(赵保仁,1989)。因此,研究潮混合现象对阐明发生在黄海的多水文物理现象都是至关重要的。 为深入了解黄海的潮混合特征,作者把渤海、黄海和东海作为一个整体完成了一次精度较高的潮汐、溯流数值计算,在潮汐、潮流的分布方面,揭示了前人尚未阐明的一些特征。本文根据这些数值结果,计算了近最大潮流流速和层化参数,阐明了渤海、黄海和东海的潮混合特征及其对降温期黄海冷水团分布变化的影响。此外,还用 Sim pson等人(1981)的能量模式计算了南黄海西部的风、潮混合效率。     

黄海南部及东海北部夏季若干水文特征

本文就近几年作者在黄海南部和东海北部进行调查研究(夏季)的主要成果予以阐述,结论为:(1)南黄海底层冷水可进一步划分为三个次级水团;(2)潮混合对黄海冷水团边界和黄海温跃层等有重要影响,它还形成海面的陆架锋;(3)夏季南黄海上层存在着闭合的密度环流,而黄海沿岸流性质上属锋面强流,济州岛西南存在着气旋式海水运动;(4)黄海暖流不再深入黄海冷水团内部,但其内部可能存在着方向相反的一对弱环流;(5)长江口海区存在着可能是因台湾暖流逆坡行进产生的上升流现象。     

黄海温度锋及断面水温分布数值预报试验硏究

自Simpson和Hunter(1974)在对夏季爱尔兰海的研究中提出潮混合控制潮汐锋的概念以来,人们相继在许多强潮浅水区发现了潮汐锋现象,并做了大量的研究工作,对锋区的流场结构等特征,以及潮汐锋对周围环境的影响等有了更多的了解。在我国,赵保仁(1985)首先提出黄海存在潮汐锋现象,认为冷水团的温度锋可看作是底层的潮汐锋,并可利用近最大潮流流速计算层化参量来确定黄海潮汐锋(从而亦即温度锋)的位置,而且还可以根据已有调查资料和卫星图片揭示它的一些变化规律。他与合作者的一系列研究工作表明:黄海的潮混合及潮汐锋现象对黄海的温盐和水团分布、层化现象、强温跃层的分布变化、黄海的水平和垂直环流有重要影响和直接关系,进而可以推测黄海的潮混合及潮汐锋现象对黄海的物质输运、生态环境等有着重要的影响,因此研究黄海潮混合形成的温度锋和断面温度分布的数值预报方法是非常有必要的。 以往关于潮汐锋的数值研究大多数是诊断模式,用于求解潮汐锋形成以后锋区的环流结构等,而用数值方法模拟潮汐锋的形成和演化的工作却很少。在国外,只有王东平等(Wang et al.,1990)用二维模型,对垂直涡动扩散和粘性系数采用Munk-Anderson格式与湍流封闭格式嵌套的方法以反映边界层的作用,利用实测的大气强迫力和数值计算的潮流模拟了英国Celtic海的潮汐锋和海洋层化的变化问题,尚未涉及潮汐锋的形成过程。在国内,Bi和Zhao(1993)用一个二维数值模式对黄海34°N的潮汐锋进行了模拟,较好地模拟了从4月到8月潮汐锋的形成和演化过程。在此基础上,我们将进一步利用潮流分布及海面的热量和动量输入条件,以垂直均匀状态为初始条件,模拟黄海各主要断面的温度分布、温度锋和温跃层在增温期的形成和演化过程。     

渤海的潮混合特征及潮汐锋现象

人们对黄海的潮汐锋现象已有一些报道和研究[1～4],但对渤海的潮汐锋现象却没有进行过认真的分析和讨论,迄今只有赵保仁[1]在讨论黄海的潮汐锋时,指出过渤海海峡的潮汐锋现象;而黄大吉等[5]在数值计算渤海的温度变化时也指出在渤海内部存在着潮汐锋现象,但却没有进行深入的分析和给出任何实测证据.本文试图根据方国洪和曹德明最近在渤海取得的潮汐潮流数值计算结果1),计算由Simpson等[6]提出的陆架海的潮混合层化参量,来讨论渤海的潮混合特征;并进一步利用实测水文资料和海面温度的卫星遥感图像来说明渤海潮汐锋的分布和变化特征.     

苏北浅滩外侧潮汐锋的季节变化及结构分析

利用高分辨率(1/18°)的POM(Princeton Ocean Model)模式数值模拟结果,结合观测数据分析了苏北浅滩外侧潮汐锋的季节分布特征和变化规律。研究结果表明,苏北浅滩外侧潮汐锋的季节变化特征显著,春末开始出现,夏季底层温度锋强度最大且锋区位置较稳定,锋区宽度约40 km,平均强度约0.35℃/km,秋、冬季随上层海洋湍流垂向混合的加强,潮汐锋逐渐减弱至消失不见。对比实测数据和模拟结果发现,沿34°N断面,夏季潮汐锋区附近等温线明显抬升,存在由陡峭地形和分层流体的内埃克曼效应共同作用形成的上升流现象。次表层海水出现低温冷水区,位于122.2°E附近。跨锋区断面的温度和流场分布特征同浅水区强烈的潮混合过程密切相关,斜压在锋面处产生了较强的南向流动。本研究结果促进了对苏北浅滩外侧陆架潮汐锋结构特征的认识,为研究黄海西部生态环境的动力过程影响提供参考。     

海洋模式中潮致混合调和分析参数化方案的建立

潮致混合对海洋环流的调整起着重要作用。陆架环流的数值模拟中如果不考虑潮汐作用,往往不能得到与观测相符的垂向温盐结构。本文基于调和分析方法,建立了一套潮致混合参数化方案。该方案通过对垂向混合系数进行调和分析,从而得到随时间变化的潮致混合系数。将该方案用于黄海冷水团数值模拟的结果显示,其能够得到与在数值模式开边界直接加入潮汐强迫相当的冷水团温盐结构。和直接引入潮汐强迫相比,这一潮致混合参数化方案的优势在于,它能够大大节省数值模拟计算机时,因此有望显著提高大规模高分辨率的海洋环流及气候模式的模拟能力和计算效率。     

黄海热结构的三层模式

本文建立了黄海热结构的一维三层模式.模式中包含海面热输入和风混合作用下形成的上均匀层,由潮流混合作用形成的下均匀层以及具有一定厚度的温跃层.我们分别得到了上、下层的卷挟速度.本模式较好地描述了黄海季节温跃层的成长和消衰过程,并比较成功地模拟出了黄海冷水团、苏北沿岸锋及其表层冷水等重要水文现象,对它们的形成机制和青岛外海水域的强温跃层现象作了较合理的解释,认为潮流混合对苏北沿岸锋及青岛外海水域强温跃层的形成起了关键性的作用.在风混合和潮混合作用下,一部分高营养盐的下层水被卷挟到上层,这对提高海区的生物生产力具有重要意义.     

黄海潮生陆架锋的数值模拟研究

采用海洋三维热结构及环流模式,模拟了黄海在Ｍ２潮流混合作用下,夏季温度的分布和变化特征。从数值研究的角度,对黄海陆架水域的海洋锋现象,诸如苏北浅滩外、山东半岛东端、大连、木浦水域的锋面以及锋面沿岸一侧的表层冷水区的成因及分布进行了探讨,模拟结果再现了黄海陆架锋的潮生性质。     

苏北浅滩外侧浅水锋的观测与分析

关于黄海的潮混合和浅水锋现象,中国和韩国的学者已有一些报道(赵保仁,1987a，b;赵保仁等,1992;Lie,H-J.，1989)。卫星图片和有关水文观测资料表明,夏季,黄海的浅水锋主要分布在苏北浅滩外侧、山东半岛的成山角一石岛近海、渤海海峡、西朝鲜湾和江华湾湾口附近及朝鲜半岛西南部近海。 为了深入了解黄海苏北浅滩外侧浅水锋的分布和水文结构,我们于1990年7月29日至8月1日对该区域进行了一次水文和水化学的专项调査。本文根据这次调查所得的水文资料,对苏北浅滩外侧的海面冷水和浅水锋的分布特征以及锋区的环流结构进行简要论述。 苏北近海的浅水锋常出现在苏北浅滩外侧的陡坡附近(赵保仁,1987a)。本次调查在这一区域设了5个断面,32个大面站和1个连续站。锋区附近的最小站距约4海里(5′经距)左右。调査区域的水深分布和站位如图1所示。这一海区的地形分布特点是海底坡度较大,34°10′N以北海底陡坡在30-40m等深线之间,34°10′N线以南海底陡坡在20-30m等深线之间,陡坡处坡度达4×10-3左右。此外,在122°10''E线附近,还有一向北伸展的沙脊。观测结果表明,苏北浅滩外侧浅水锋现象与地形特征关系密切。     

夏季南黄海深层冷水团内部的水文结构

在整个黄海水域，夏季存在着范围广阔的深层冷水块。习惯上根据地域分布的不同，把地处北黄海的冷水块叫“北黄海冷水团”，地处南黄海的叫“南黄海冷水团”这两冷水块连成一体通称“黄海冷水团”。赫崇本是我国最早分析黄海冷水团的基本属性和消长变化的学者之一；而后，管秉贤分析了黄海冷水团的水温变化和环流结构，并进一步确认黄海冷水团是冬季保留下来的。近几年来我国学者对黄海冷水团的成因和水文、环流结构又有不少新的研究。例如，袁业立提的热生模式较好地讨论了北黄海冷水团中心区域的热结构和环流结构；Guo Binghuo(郭炳火)根据南黄海冷水团分裂成两个低温中心，指出：围绕南黄海冷水团存在着大小两个气旋式冷水团环流。万国铭等1)依据经典的水团分析技术指出：南黄海冷水团仅分布于123°E以西的狭小区域，而123°E以东的广阔水域则为黄海暖流底层水所占据。赵保仁提出潮混合对黄海冷水团的边界起着重要的控制作用。以上几种观点，对进一步分析黄海的水团和环流结构都有着启发意义。 本文的主要目的，是依据1984年7月中美联合调查所获得的水文资料(站位见图1)和部分历史资料来阐明南黄海冷水团内部的复杂结构。分析结果表明，夏季南黄海深层冷水团内部，仍然存在着春季保留下来的具有高温高盐性质的黄海暖流水系的扩张现象。这一扩张现象似可理解为与黄海暖流同源但已被切断联系的黄海暖流残迹在黄海冷水团内部继续前进的反映。因此，夏季黄海冷水团可进一步划分为具有高温高盐性质的“黄海暖流水”和具有低温低盐性质的“黄海本地冷水”两个次级水团。在这两种水团之间，存在着明显的锋面和显著的混合现象，在锋面处还可以观测到由双扩散产生的两水团之间的相互侵入现象。     

南黄海东侧陆架冰消期以来的海侵沉积特征

根据浅地层剖面，海底地貌，柱状样和对钻孔岩心的分析测试数据，论述了南黄海东侧陆架冰消期以来的沉积特征。在冰消期海侵的初期，海水对南黄海东侧陆架早期沉积物的侵蚀和改造形成了滞留砂砾层，席状砂和潮流沙脊。随着海面的上升和海侵范围的扩大，黄海暖流形成并由于它的驱动在南黄海东侧陆架的南部发育涡旋而形成厚层质沉积，而在北部则形成潮上带－潮坪－浅海沉积序列。     

东海北部冷涡区温盐度和海流观测的分析

济州岛西南的东海北部海区是东海陆架区的重要渔场之一;南去的黄海沿岸流、黄海冷水,北去的黄海暖流和台湾暖流等在这里相汇,夏季上层还有长江冲淡水的影响。该区地处浅海陆架区,受潮汐和气候的影响很大,水文要素不仅有季节变化和多年变化,且有明显的短周期变化。因此,该海区的海流、水文状     

黄、东海地理环境与环流系统分析——长江口及济州岛邻近海域综合调查研究报告(第二章)

简要介绍了黄海和东海的地理环境概况,着重分析调查海域的环流系统。有如下一些初步看法与结论。 台湾暖流的前缘混合水,可从长江冲淡水底层穿越而影响到苏北沿岸,直到32°N以北的浅水区域。对马暖流西侧的水体是东海混合水,而其东侧为黑潮分支。黄海暖流的流向在不同季节具有规律的摆动。黄海底层冷水团属于季节性水团,其强盛及消衰与温跃层的形成及消亡紧密相关。黄海底层冷水团与中部底层冷水并非每年彼此独立,它们的共同特征甚至比其差异更明显。夏季东海冷水不能借助爬升侵入黄海底层冷水团内部。在济州岛南部区域,中层的逆温、逆盐现象,是由黄海密度环流的扩散效应与东海冷水沿黄海底层冷水团边界的爬升这两个原因而形成的。     

黄海物理海洋学的主要特征

本文概述了黄海物理海洋学主要特征,其中包括温、盐结构,环流和潮汐、潮流。在第二部分中重点说明黄海某些突出的海洋现象。诸如:黄海冷水团及环流,黄海暖流,海洋锋及底层流,最后一部分讨论海区的营养盐输送机制。     

夏季黄海表面冷水对大气边界层及海雾的影响

海表面温度(SST)是海气界面上的1个物理量,受到海洋潮汐、海底地形等因素影响,并对海洋大气边界层有着重要的影响.夏季的黄海,由于黄海冷水团的存在和陆架锋的影响,或是潮汐混合的作用导致海水的垂直混合,使海表面温度的分布产生复杂的结构.通过对卫星观测的海表面温度数据分析,发现在夏季黄海有几个SST冷中心的存在:辽东半岛以及山东半岛的顶端、朝鲜半岛的西侧、山东半岛南侧、江苏外海和黄海南部等.本文利用一系列船舶观测资料、卫星遥感数据、再分析数据分析等,并运用数值模拟研究黄海的冷中心对其上大气的影响.在冷区之上,大气稳定度增加,抑制了近海面大气的垂直混合,使海表面风速减弱.通过对船测数据的分析,在冷区位置有海雾多发区的存在,黄海南部冷区上的海雾发生频率达到15％以上.Weather Research and Forecasting(WRF)模式的数值模拟表明,冷中心降低上空的温度,使海表面风速减弱,形成厚度达500m的逆温层,为海雾的形成创造了有利的条件.与船测数据结果所不同的是黄海南部冷中心之上的海雾发生频率可以达到30％,去掉冷区影响的试验表明冷区较冷的海表面温度最多可以使海雾的发生频率增加15％以上.     

1986年7月黄海南部及东海北部海况的主要特征

本文简要阐明了1986年7月中美南黄海合作调查所得的东海北部和南黄海的海况特征。给出了2m,50m,底层及主要断面的温、盐度分布图、T-S图解、动力计算和漂流浮标的观测结果。从这些图表可以看出:夏季黄海暖流不再进入南黄海内部,但有经济州海峡重新回归对马暖流的迹象;黄海冷水团内部结构复杂,黄海的陆架锋对黄海水文要素的分布变化有重要影响;南黄海上层存在着封闭的密度环流;济州岛西南依然存在着气旋型海水运动等。