基于CCMP资料和现场观测资料的西北太平洋海面风场特征分析

利用由美国宇航局物理海洋学数据分布存档中心发布的2007—2011年CCMP风场资料,针对西北太平洋海面风场的季、月、日变化特征进行了分析。结果表明:西北太平洋海面风场具有明显的季、月变化特征,夏季盛行西南风,风向多变,风速最低;冬季盛行东北风,风速偏高。大风频发区域位于南海海域、台湾海峡和日本岛以东,且冬季发生频率明显高于其他3个季节。此外,还利用获取到的2014年8月海面自动观测站和9月海上探空资料对相应月份的风场特征进行细化分析,表明8月洋区盛行西南风,而9月西南风逐渐消退,风速减小,变化特征与相应月份CCMP的海面风分析相符。     

“龙王”台风SAR遥感研究

利用0519号"龙王"台风SAR遥感图像,结合NCEP/QSCAT混合风场海面风向反演了高分辨的台风海面风速。基于高分辨率的SAR台风海面风场的风速剖面,对台风期间台湾海峡及周边海域海面风场的小尺度特征及变化进行了分析,结果表明,地形对风场特征的形成有显著作用,它导致台风海面风场结构发生变形以及澎湖列岛附近低风速尾流区、台湾岛的中央山脉北端下风面"角流"区和台湾岛西北海岸背风槽(或诱生低压)等现象的形成及台风期间福建省沿海区的大风天气。     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。     

三种典型路径下的台湾海峡台风浪特征研究

以WRF风场驱动SWAN波浪模式,模拟分析了北路、中路、南路3种典型台风路径下,台湾海峡及周边海域的台风浪的特征。结果发现:(1)数值模拟与浮标实测情况基本一致,并模拟出台风浪场右半圆大于左半圆、前进象限以涌浪为主、主波方向辐射向前传播、台风的正后方向的主波向混乱等特征;(2)在中路和南路台风影响时,台湾海峡较早出现15 m/s的风速等值线,但是海峡内风场与台风风场被台湾岛地形分割致使海浪成长风区变短,而且远海涌浪无法传播到海峡内部,使得海峡内海浪没有达到远海同样风速区域的6 m左右的高度;(3)中路台风影响下,台湾海峡的浪场受台湾岛的影响出现异常明显的不对称性结构,台湾海峡北部混合浪和涌浪高出海峡南部很多;(4)台湾海峡海浪能量谱方向与局地风向之间角度较大,在北路台风影响下北部有明显的自东向西的周期大于15 s的涌浪谱,在南路台风西行时出现两股明显的成直角的风浪谱和涌浪谱。这些特征对船舶航行安全有潜在危险。     

海—气相互作用与海流、风暴潮

从方法论上说,除潮汐以外,通常在处理海洋动力学问题时,大多撇开海洋对大气的影响,强调大气对海洋的主导作用,把大气运动当作诱发海水运动的唯一原动力,视海面风场为给定条件,而后用经验或半经验公式算出海面风应力场,作为施加于海水的强迫力。因此,一个成功的海浪、海流或风暴潮的预报,除了具备反映海水运动的主要物理性能的数学模型外,还必须以客观的、准确的海面风场的数值计算和预报为前提。由于问题的复杂性,迄今为止似乎还不能说在实用上已经提供了海面风的一种足够精确的估算或预报方法。海上气象观测资料,尤其是测风资料的稀少,给海面风应力的实际计算带来不少困难。     

利用卫星高度计资料对台湾海峡流量变化的诊断分析

利用AVISO的MSLA海面高度距平资料和NCEP风场资料，应用张庆华等导出的渠道流的解，诊断计算了1993-2001年台湾海峡流量及其变化。结果表明，台湾海峡的年平均流量为1．27Sv，夏季最大，平均为2．27Sv；秋季最小，平均为0．46Sv，季节变化明显。分析认为，台湾海峡流量变化的决定性因素是台湾海峡南北方向海平面倾斜。局地风的驱动是次要因素，它所产生的流量变化具有显著的规律性，基本为南向流。     

台湾浅滩阻塞作用的初步研究

位于台湾岛西南横跨海峡的台湾浅滩处的水深不足20m(图1),它对于平均水深50m的台湾海峡中的流动有明显的阻塞作用.为了了解台湾暖流在浅滩附近的变化,我们有必要对浅滩阻塞的动力学机制进行深入研究.     

台风“凡亚比”在台湾海峡所引起风暴潮的数值模拟

基于FVCOM海洋模式,利用台风模型构造的风场作为大气强迫,模拟了台风凡亚比经过台湾海峡时引起的风暴潮过程。分析了水位、流场等要素对台风的响应。结果显示:模拟的风暴潮水位与实测水位吻合较好,误差较小,从侧面验证了近岸水位变化主要是局地风场造成;台风凡亚比造成台湾海峡大部分区域出现显著增水,大陆沿岸作为迎风区,增水最为明显,增水最大值达到2m以上,增水主要受到风场和地形的影响;表层风生流场与Ekman风生漂流特征一致;大陆沿岸风暴潮的先兆波振幅在20~30cm,余振阶段并不明显。台风造成的表层平均流方向在近岸平行于岸线,流速加强,在海峡中间形成非闭合逆时针流动,流向与跨越海峡过程中台风最强时的风场方向一致。     

台湾海峡二氧化碳研究

本文根据１９９４年８月和１９９５年２月的台湾海峡进行的综合调查资料,对海水Ｔｏｏ２、Ｐｏｏ２的分布特征及其与环境参数的关系进行了研究,并利用通量模式估算了海－气ＣＯ２的净通量。结果显示,表层Ｔｏｏ２、Ｐｏｏ２的分布呈明显的季节变化特征,由于夏季受海峡暖流的影响,台湾海峡表层Ｔｏｏ２、Ｐｏｏ２普遍较高;冬季受浙闽沿岸水的影响,表层Ｔｏｏ２、Ｐｏｏ２呈海峡西部低,东部高的分布趋势。台湾海峡可视为沿岸水     

琼东上升流和越南沿岸上升流对超强厄尔尼诺事件响应的对比分析

利用海表温度(SST)、海面高度(SSH)、风场、热通量等数据,比较分析琼东上升流和越南沿岸上升流对1998年和2016年两次超强厄尔尼诺事件的响应。结果发现,两个上升流对同一厄尔尼诺事件的响应以及同一上升流区对两次厄尔尼诺事件的响应均不同。1998年夏季,琼东海域风场异常利于上升流发展,上升流增强,越南沿岸风场异常不利于上升流发展,上升流减弱;2016年夏季,两个上升流区均为利于上升流的风场异常,但琼东沿岸冷水区却大幅缩小,SST明显升高,越南沿岸冷水区变化不大,但总体温度也升高。这表明,除风场外,琼东和越南沿岸上升流还受其他过程影响。海洋动力过程分析发现,同一时间同一上升流区的海表温度异常(SSTA)变化与海面高度异常(SSHA)变化最为一致。1998年夏季,琼东的负SSHA和越南以东的正SSHA均与风场异常作用一致,从而琼东上升流增强,越南沿岸上升流减弱。2016年夏季,琼东和越南以东均为正SSHA,抵消了利于上升流的风场异常,使得琼东和越南沿岸上升流减弱。同一时间不同海区相比,风应力旋度异常对琼东上升流SSTA影响更大,SSHA和沿岸风应力异常则对越南沿岸上升流影响更明显。海面高度异常表征的中尺度涡和风场异常(尤其是沿岸风应力异常和风应力旋度异常)是超强厄尔尼诺后沿岸上升流变化的重要影响因素。     

2008年冬季台湾海峡及其邻近海域QuikSCAT卫星遥感风场的检验及应用分析

采用布放在台湾海峡及其邻近海域的2个浮标对2008年冬季（2008年12月至2009年2月）QuikSCAT卫星遥感观测的风场资料进行了检验.结果表明,这两者风速的相关系数为0.93,平均偏差为-0.03 m/s,均方根误差为1.10 m/s,平均绝对误差为1.54 m/s;风向平均偏差为-9.53°,均方根误差为22.83°,平均绝对误差为33.84.°这表明QuikSCAT卫星遥感风场资料在台湾海峡及其邻近海域冬季风观测中具有很高的适用性.本文利用2008年冬季QuikSCAT卫星遥感的平均风速场,分析了在＂狭管效应＂影响下台湾海峡及其邻近海域的风速特征.结果显示其平均风速具有3个基本特征：（1）台湾海峡中部存在着明显高于附近其他海域的高风速区,平均风速高出1~4m/s,风速高值区更贴近海峡东岸.（2）台湾海峡南部平均风速大于北部.（3）台湾岛东北角和西南角各有一个风速低值区.结合对2009年2月15~18日一次冷空气大风过程的分析发现,风速越大台湾海峡＂狭管效应＂越明显.     

南海东部中尺度涡生成机制

利用高度计海面高度异常数据和非线性1½层约化重力模式研究了南海东部中尺度涡的生成机制。模式结果表明,南海内区风场是南海东部中尺度涡生成的主要驱动力,且南海内区高频风场能解释约54%的南海东部中尺度涡。从西太平洋传来的信号同样有十分重要的作用,由西太区域高频风场大致能解释南海东部40%的中尺度涡。风驱动的赤道附近的海面异常信号能经过锡布图通道和民都洛海峡传播到吕宋岛西海岸,其中有部分能量会以罗斯贝波的形式往西传播。这种信号在西传的过程中会发生不稳定,可能形成孤立的涡旋。     

基于FVCOM的渤海冬季三维风生环流数值模拟

利用FVCOM海洋模型以及MM5气象模式预报风场,对渤海冬季三维风生环流进行了数值模拟,结果显示:渤海风生环流具有显著的三维结构,表层基本沿风向运动,量值在5~10 cm/s,海峡处流速可达15 cm/s,底层有明显的补偿流,量值<3 cm/s;深度平均流环流状态明显,渤海海峡海流北进南出,渤海中部以及辽东湾为一顺时针环流,渤海湾以及莱州湾基本呈逆时针环流。文章通过对比实验,进一步讨论了海面风应力以及海底地形对渤海环流的不同影响,得出:在渤海中部风应力的切变涡度是形成顺指针流型的主要驱动力;除渤海中部以外,渤海冬季流型受地形作用的影响要大于海面风场的切变涡度。     

非结构网格模型在闽东沿海台风浪模拟中的应用

基于加密的非结构三角网格,以Holland模型风场叠加美国国家环境预报中心(NCEP)海面风场构造的合成风场驱动第三代浅水波浪数值模型(SWAN)对2017年影响闽东海域的"纳沙"和"泰利"台风过程进行数值模拟,并运用浮标站的实测数据对模拟结果进行验证.结果表明,模型计算的风速、有效波高与实测值符合较好,合成风场能较好地模拟台风期间的风速变化过程,SWAN模式能够合理地再现闽东沿海台风浪的时空分布特征.由模拟结果可见:台风"纳沙"中心越过台湾岛进入台湾海峡北部海面,受海峡地形的约束,其波浪场呈NE—SW向椭圆状分布,北部海域的浪高大于南部,闽东沿海遍布大范围的巨浪到狂浪;超强台风"泰利"未登陆闽东,当其台风中心与大陆的距离最近时,海面波浪场分布与台风风场结构一致,台风中心附近海域为14 m以上的怒涛区,巨浪遍布于闽东沿海.研究结果可为闽东沿海台风浪灾害预警和应急管理提供技术支撑和参考依据.     

非结构网格模型在闽东沿海台风浪模拟中的应用

基于加密的非结构三角网格,以Holland模型风场叠加美国国家环境预报中心（NCEP）海面风场构造的合成风场驱动第三代浅水波浪数值模型（SWAN）对2017年影响闽东海域的“纳沙”和“泰利”台风过程进行数值模拟,并运用浮标站的实测数据对模拟结果进行验证.结果表明,模型计算的风速、有效波高与实测值符合较好,合成风场能较好地模拟台风期间的风速变化过程,SWAN模式能够合理地再现闽东沿海台风浪的时空分布特征.由模拟结果可见：台风“纳沙”中心越过台湾岛进入台湾海峡北部海面,受海峡地形的约束,其波浪场呈NE—SW向椭圆状分布,北部海域的浪高大于南部,闽东沿海遍布大范围的巨浪到狂浪;超强台风“泰利”未登陆闽东,当其台风中心与大陆的距离最近时,海面波浪场分布与台风风场结构一致,台风中心附近海域为14 m以上的怒涛区,巨浪遍布于闽东沿海.研究结果可为闽东沿海台风浪灾害预警和应急管理提供技术支撑和参考依据.     

初始化方案对有限区域海面风场数值预报模式的影响

在一个已应用于海洋要素预报的有限区域海面风场预报模式的基础上,以渤海海域为实验海区,研究初始化方案对有限区域海面风场数值预报模式的影响。对“未采用初始化”与“采用初始化”方法进行了预报实验比较,结果表明,初始化方法对有限区域海面风场模式作用明显,尤其是海面风场的开始阶段,主要体现在海风与陆风预报能力的差异上。     

台湾海峡环流研究中的若干问题

台湾海峡位于北太平洋西部的中国东海和南海之间,是我国最大的一个海峡通道。由于各种原因,长期以来,台湾海峡的调查工作开展较少,只有第二次世界大战前的若干资料,但多数已较陈旧,也残缺不全;虽然二次大战后已进行过若干调查,但也仅是较零散的几个断面,特别是关于海流的调查资料更为稀少。因此,对海峡中的海水运动情况的了解,均甚零碎。早期,人们根据零星测定的资料,以及航海者和渔船的实况记录,並根据风海流的一般原理,认为台湾海峡位于亚热带季风区域,因而台湾海峡的海流,至少,表层流是受季风控制的。冬季,盛行东北季风,因而表层海水流向西南,特别是沿闽浙海岸,有一支从北向西南流动的低温低盐的中国沿岸流更为明显;而到了夏季,由于南海及海峡区域均盛行西南及南     

海面对风应力的非定常响应

针对常垂直湍流系数和变垂直湍流系数两种情况，给出了开阔静止海面对风应力的非定常响应的解析表达式，并讨论了水深，风应力强弱对响应过程的影响，尽管没有考虑风场的非定常性，但本文的结果对理解海洋对风应力的非定常响应过程具有一定的帮助，对分析海面停风后的消衰过程也具有实际意义。通过与实测资料比较，认为垂直湍流系数模式要比常垂直湍流系数模式更为合理。     

台湾海峡的上升流

上升流是指海水从下层往海面涌升的现象。由于它能把次表层富有营养的海水带到表层,因此对生物有重要影响。台湾海峡有丰富的渔业资源,仅在福建沿海的渔场总面积卽超过4万平方海里;显然,调查和研究台湾海峡的上升流具有重要的意义。     

理想台风驱动的涡旋对吕宋海峡黑潮影响的数值研究*

吕宋海峡以东即北太平洋热带地区常年存在着大量的涡旋,这些涡旋在向西运动的过程中遇到吕宋海峡黑潮后是否会穿越黑潮进入南海值得研究。文章用数值模式来模拟吕宋海峡的黑潮以及吕宋海峡以东的众多涡旋,结果表明没有一个涡旋可以穿越吕宋海峡进入南海。在此基础上引入了一个理想台风风场,通过风应力旋度的形式驱动出强劲的气旋式和反气旋式涡旋,这两个涡旋分别添加在源区黑潮附近,也是在源区黑潮流量最小的8月。以往研究表明,黑潮流量小而涡旋强劲的时候涡旋容易穿越吕宋海峡进入南海,但由何种原因产生的涡旋可以穿越吕宋海峡难以确定;而文章的数值计算结果表明,即使在黑潮较弱的夏季8月,由风应力旋度产生的中尺度涡,无论是气旋式还是反气旋式,都受到了吕宋海峡的阻挡而难以穿越。