南海中部上层海洋湍流混合的空间分布特征及参数化模型

通过对2010年5月南海16°N和14.5°N断面的湍流微结构剖面观测资料分析,给出了南海海盆上层湍流混合空间分布特征:在16°N断面上,上层10~400m垂向平均湍动能耗散率ερ在东侧略大于西侧;相反,在14.5°N断面上,西侧ερ均值约是东侧ερ的4倍,其中,西侧110.5°~111°E的ερ的平均值为2.6×10-6 W/m3,东侧118.5°E的ερ仅为5.89×10-7 W/m3。通过分析细结构剪切和湍流混合的相关性,发现剪切是南海中部上层强湍流混合的主要驱动力,揭示了高模态内波破碎可能是湍流混合的主要机制。另外,研究了大洋中的3种参数化模型,发现适用于大洋近海的参数化MacKinnon-Gregg(MG)模型能较好地用浮频和剪切估算南海中部深海区上层湍流耗散率。     

南海北部陆坡区混合过程观测

为了解南海北部陆坡区的内部混合过程,2004年4月30日至5月1日,延平2号科考船在该海域利用自由沉降式的微结构剖面仪TurboMAP-Ⅱ进行了一次混合过程的直接观测。观测海区南海次表层水团和南海中层水团形成的特定温盐结构,使得150～500m之间出现盐指现象。通过对观测数据的处理和分析,研究了观测海区的湍动能耗散率、热耗散率和热扩散系数的分布以及盐指现象对混合效率的影响。观测海区的湍动能耗散率为2.0×10-10～7.8×10-7W/kg,最大值出现在上混合层;热耗散率为2.7×10-9～1.5×10-6℃2/s,最大值出现在温跃层附近。层结稳定区混合效率的平均值为0.18,与常用值0.2非常接近,盐指发生区混合效率的平均值为0.76,表明盐指现象的存在提高了混合效率。     

南海北部中深层细结构混合研究

基于2007年8月获得的ADCP（声学多普勒流速剖面仪）海流资料和CTD（温盐深剖面仪）水文资料,应用Gregg模型对南海中深层内波尺度的混合进行估计,同时应用Thorpe尺度对中深层存在的垂向翻转及由此引起的混合进一步分析。两种方法均显示,吕宋海峡附近上层400m的耗散率及混合率均强于18°N断面,中深层两个区域的混合率并没有显著区别。这表明吕宋海峡上层400m,可能存在更活跃的内波活动,从而产生更强的内波混合和垂向水团翻转。Gregg模型估计的耗散率和混合率量级分别为10^-9W·kg^-1和10^-6m^2·s^-1。大部分CTD站位在中深层均存在垂向翻转,而且保持较高的发生率,翻转所对应的混合率并不随深度增加而减小。以上南海北部的细结构混合特征增强对南海中深层混合的认识。     

南海西部秋季海表p_(CO_2)分布与海-气CO_2通量

文章综合分析了南海西部2012年秋季海表二氧化碳分压(p_(CO_2))分布及控制因素,估算并讨论了海-气CO_2通量及其区域性差异。结果表明,秋季南海西部海表p_(CO_2)变化范围为37.8~57.1Pa,均高于大气p_(CO_2),表现为大气CO_2的源。研究海域海表p_(CO_2)分布主要受海水碳酸盐热力学的影响,海表温度(SST)是影响海表p_(CO_2)分布的主要因素。但在局部海域,海表p_(CO_2)分布还受到其他因素的控制。其中,越南东部局部海域表层海水受湄公河冲淡水的影响呈低盐特征,高p_(CO_2)的冲淡水团和离岸水团的混合作用直接影响该海域海表p_(CO_2)分布。此外,珊瑚礁的钙化活动造成南沙群岛弹丸礁西部海域出现表层p_(CO_2)极高值。秋季南海西部表层海水CO_2释放速率的分布格局主要受风速的控制。北部海域海-气CO_2分压差(Δp_(CO_2))低于中南部海盆,但其海表风速远高于中南部海盆,造成北部海域表层海水CO_2释放速率(2.9mmol C·m~(-2)·d~(-1))明显高于中南部海盆(0.9mmol C·m~(-2)·d~(-1))。海-气CO_2通量估算中不能忽视局部海域珊瑚礁代谢作用的影响。     

南海中部海域夏季水团温盐分布特征

南海中部海域夏季水团的实测温盐深数据统计分析结果表明,研究区受南海暖池的影响,海域表层强度在28～31．5℃左右,呈北高南低、西高东低的特征;表层盐度在32～34．1psu左右,整体上呈南高北低、东高西低的分布特征。低盐区域主要分布在研究区西北部,与高温区域呈现重合的特点。综合研究表明,研究区受夏季风和海面净热通量的影响,海水层化作用较强,整体上混合层的厚度不大,温跃层比较发育,导致跃层的厚度比较大,最高可达170m,强度也较高,大部分区域温度梯度在0．09～0．12℃／m之间;盐跃层的上界深度和厚度整体上都低于温跃层。结合表层温度和盐度的分布特征推测研究区东部和南部表层海水存在着较厚的低温高盐水层。     

亚丁湾海域Argo浮标资料分析

为更好地掌握亚丁湾海域海洋水文环境的特征规律,利用Argo(array for real-time geostrophic oceanography)全球海洋实时观测网计划提供的海洋上层温盐剖面资料,结合水团和跃层统计分析方法,得出了该海域的海水温盐结构及海流特征规律。结果表明,索马里流沿索马里-阿拉伯半岛海岸由西南向东北流,在索马里东岸常年存在很强的顺时针流涡;该海域水体结构可分为表层高温低盐水、次表层次高温高盐水、中层低温低盐水、深层低温低盐水,500 m以深为均匀水团,上升流使得200 m以上水层海温存在双峰结构。     

吕宋海峡不同湍流估算方法的应用对比研究

由于湍流混合直接观测技术难度大、成本高,很大程度限制湍流混合的研究,所以基于温、盐、流资料估算海洋湍流混合的方法应运而生。本文应用在吕宋海峡观测到的23个自由下降微结构湍流剖面仪观测数据和水文观测数据,首次对目前常用的Gregg-Henyey-Polzin(GHP)细尺度参数化、Mackinnon and Gregg(MG)参数化和Thorpe尺度方法进行比较研究,评估它们的适用性。发现GHP参数化方法能够很好地估算吕宋海峡的湍流混合。虽然GHP参数化方法估算的耗散率总体上要偏弱于观测的结果,但估算和观测的差异在2倍以内的结果占71%,与微结构湍流剖面仪观测到的耗散率在水平分布和垂向分布上呈现出相同的分布特征。基于MG参数化方法发现估算的吕宋海峡西侧1200m以浅的耗散率比观测值大,但总体上呈现出相同的分布特征。另外,MG参数化估算与观测差异在2倍以内的结果占58%。表明相比于GHP参数化方法,MG参数化方法的估算值更偏离观测值。Thorpe尺度方法在估算吕宋海峡的耗散率时,估算和观测的差异在2倍以内的结果仅有30%,70%的估算结果与观测结果相差高出1个量级,空间分布上与观测结果差异较大。对比吕宋海峡湍流混合参数化方法的结果表明GHP参数化方法最优,MG参数化方法其次,Thorpe尺度方法相对GHP和MG参数化方法较差。     

夏季长江口及其邻近海域湍流特征分析

利用2019年7月在长江口科学考察实验研究夏季航段(NORC2019-03-02)中获得的MSS90L湍流剖面仪的直接观测数据,本文计算并分析了该断面的湍动能耗散率ε和垂向湍扩散系数K_Z的分布情况。湍动能耗散率的大小为1.72×10?10～2.95×10?5 W/kg;垂向湍扩散系数的大小为3.24×10?7～4.55×10?2 m2/s。湍动能耗散率和垂向湍扩散系数的分布相似,均为上层最强,底层次之,中层最弱。上层由于风应力的作用,使得湍动能耗散率和垂向湍扩散系数较大;温跃层处层化较强,抑制了湍动能的耗散和垂向上的湍混合。盐度锋面的次级环流会促使低盐水团脱离,锋面引起的垂向环流会加强海洋的湍混合。低盐水团与外界的能量交换较少,湍动能耗散率较弱。长江口海区存在明显的上升流和下降流,它们是由锋面的次级环流产生的;上升流和下降流的存在促进湍动能的耗散与湍混合。     

黄海西部海洋湍流的季节变化特征分析

在2006—2007年开展的"中国近海海洋综合调查与评价"项目中,作者利用自由下降湍流剖面仪MSS60在南黄海海区分别进行了夏、冬、秋季三个航次的微尺度湍流观测,并计算分析了该海区的湍动能耗散系数ε,湍扩散系数κ等。通过与温度、流速分布图对比,结果表明三个季节的湍流混合趋势大体一致。在沿岸浅水区,混合作用比较强烈。而深水区湍流混合的垂直分布明显地表现出三层结构,混合较强的上混合层和底混合层,及相对较弱的中层。风混合和潮混合是黄海湍流混合的主要形式。风的影响主要表现在海洋上层,潮流的影响则表现于底层。     

印尼海龙目海峡上层环流季节变化及影响机制

本文基于2002—2016年OFAM(Ocean Forecast Australian Model)模式数据,通过谱分析与相关分析等方法,研究了龙目海域上层环流结构的季节变化特征及主要的影响因素。分析结果表明,龙目海峡(Lombok Strait)平均流量占印尼贯穿流(Indonesian throughflow, ITF)总出口流量的15%,呈现出南半球冬强夏弱的特点,具有半年和一年的周期特征;龙目海域上层环流结构具有明显的季节特征,受到卡里马塔海峡贯穿流(Karimatastraitthroughflow,KSTF)和望加锡海峡贯穿流(Makassarstrait throughflow,MSTF)的周期性影响,一年可以分为四个阶段,存在结构性差异。KSTF(MSTF)为上层龙目海峡带来高温低盐(低温高盐)水团。进一步分析发现局地风场、大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation, MJO)以及海底地形是龙目海域上层环流结构季节变化的主要影响因素。     

山东半岛东部,北部地区冬季冷流低云的探讨

本文主要对山东半岛东部、北部及渤海海峡地区的地方性天气－冷流低云，作了初步的分析。着重分析产生这种低云的环流特点及殊地理环境，分析归纳出这种低云的预测方法及判据。     

中太平洋北部海盆沉积物中钙质超微化石溶解相与地层年代

本文通过对中太平洋北部海盆表层和柱状沉积物中钙质超微化石的分析鉴定,讨论了该调查区处在溶跃面以下表层沉积物中钙质超微化石的种数与水深变化的关系,推测出本调查区中Ⅰ区的碳酸盐补偿深度约5300米。根据地层中出现的标准化石,对柱状岩芯M_(14)进行了地层年代划分。最上部地层年代约为27万年前,向下1米处年代约为44万年前,3.66米处年代约为122万年前。     

烟单14号玉米产量与土壤养分关系的研究

根据大量田间试验和调查资料分析,作者提出烟单14号玉米生长过程中,小喇叭口期土壤中全氮、大喇叭口期土壤中速效磷的含量与产量相关密切。并据此建立了产量及构成三因素与土壤养分间的最优相关模型。     

波浪对稳定海湾形成过程的实验

通过一个稳定海湾形成过程的实验，研究了以波浪侵蚀为主的沙质海岸，在人工岬控制下海岸变形与波浪特性的关系。从而为海岸蚀退的预测提供了实验依据。     

黑潮弯曲时的北太平洋冬季海温异常对大气低频振荡的影响

利用中科院大气物理研究所开放实验室ＩＡＰ－ＡＧＣＭ（二层大气环流模式），针对黑潮弯曲时的北太平洋冬季表层海温（ＳＳＴ）异常进行八个月的数值积分试验。试验结果表明：黑潮弯曲时北太平洋冬季ＳＳＴ异常对大气低频振荡的影响具有明显的３０－６０ｄ振荡的特征；在北半球的３０－６０ｄ振荡，大部分地区为向西传播，在南半球则为向东传播；其经向传播较为复杂，在１２０°Ｅ剖面上以向南传播为主；热带地区受此ＳＳＴ异常的影响以西太平洋、印度洋大气加热场的３０－６０ｄ振荡为主要标志。     

热带气旋对黄、渤海影响的统计特征分析

本文统计分析了1949—2000年共52年影响黄、渤海的热带气旋时空分布特点及ENS0、西太平洋副热带高压与影响黄、渤海的热带气旋关系。结果表明，西太平洋热带气放以四种主要路径影响黄、渤海，其影响时间、频数及强度均有不同。ENSO和西太平洋副热带高压的强度、位置将影响热带气旋对黄、渤海影响的路径和频数。     

海面风的特征分析

作者利用在渤海进行的不同时距的平均风速观测值,经统计分析求得1秒、2分和10分钟平均风速间的线性关系。同时根据风速梯度观测值给出风速指数廓线的指数值,并且给定风速对数廓线的特征值:海面摩擦速度和海面粗糙度。此外,作者还提出了海面风应力的经验公式。     

开发胶东温泉地热水对环境的影响

根据地热水中阴离子的组分与温泉水类型，指出其中Ⅱ＿１、Ⅱ＿２：型水温高，日采水量大，矿化度高，水质复杂，相应的环境效应明显．提出地热水的大规模开采以及尾水的大量排放，对温泉周边的生态环境、工程环境、土壤及地下水等方面有明显的影响．     

Bowen数和东中国海Bowen数分布

本文讨论Bowen数的意义、功能和计算法。同时,依据多年水文气象实测资料作统计,计算出东中国海的Bo值。其结果绘制成1月至12月的月平均分布图,从而对本海域的Bo分布特点作详细分析介绍。     

200O～2001年冬季北半球大气环流变化对渤海气候及海冰的影响

本文通过对2000－2001年冬季（12－2月）大气环流特征的分析，尤其关于东亚大气活动中心的位置，强度的不同会造成渤海海域气候与冰情的差异，表明由于乌拉尔山和北太平洋两大高压脊的变化，造成亚洲极涡与东亚大槽的加强和减弱，并对渤海气温变化和海冰生消的影响起着直接作用。此外，分析还表明，前期拉尼娜现象可能是造成气候变化的重要原因之一。