中国南海表层沉积硅藻的分布及其与环境关系探讨

通过对中国南海62个站位表层沉积硅藻的分析,查明研究海区硅藻的种类组成及分布特点。共鉴定到硅藻56属的235个种(包括变种和变型),以热性外洋种为优势,伴有一定量的近岸广布种。总体上,南海硅藻丰度变化呈现从陆架向陆坡至海盆递增的趋势。根据表层沉积硅藻中具有指示意义的硅藻种的分布和生态变化,划分6个硅藻组合带,各组合分别反映不同的海洋环境,其分布主要受到海洋环流的影响,表现为黑潮暖流、印度洋暖水的入侵以及沿岸流对南海表层沉积硅藻分布的影响。与南海相邻海区硅藻种类比较结果表明,研究海区表层沉积硅藻种类组成与临近的菲律宾海域相似程度最大,其次是中国东海海域、太平洋东北部海域。     

基于FVCOM的南海北部海域潮汐潮流数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model )数值模型, 对南海北部海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 并根据模拟结果详细分析了M2, S2, K1, O1 分潮的潮汐和潮流特征。研究结果表明: 神泉港到甲子港海域表现为正规全日潮性质, 珠江口附近海区潮汐以不正规半日潮为主, 其他海域主要表现为不规则全日潮; 陆架海域和深水海域主要表现为往复流, 陆架坡折区存在较强的旋转流, 陆架坡折区为不规则半日潮流和不规则全日潮流的分界线; 东沙群岛附近海域以不规则全日潮流为主, 旋转方向为顺时针; 整个海域的最大流速分布与等深线基本平行, 东沙群岛附近速度明显变大, 最大值出现在台湾浅滩附近, 最大值超过70 cm/s; 南海潮波系统以巴士海峡传入的大洋潮波为主, 分为三支潮流, 以不同的形式进出南海北部海域; 余流在台湾浅滩附近达到最大, 超过6 cm/s, 自南向北进入台湾海峡, 近岸余流自东向西沿岸流动。本研究在东沙群岛周边的模拟结果与前人基于实测资料的分析吻合较好, 并且由于采用了高精度的三角网格, 本文对东沙群岛周边海域的潮汐潮流结构和性质的刻画和分析是迄今为止较为精细的, 同时本研究还提高了对沿岸验潮站调和常数的模拟精度。     

用广义随底坐标海洋模式研究南海2000年夏季环流

基于2000年8月在南海调查航次得到的水文资料,首次采用广义随底坐标形式的改进POM模式对南海夏季环流进行了数值研究.用正交曲线性水平网格覆盖观测区域,在垂向上对近表海面层次采用近似z坐标,而近底层则为随底坐标.在计算海区实际地形及假设的水平均匀而垂直层化的密度分布下,实施的两个数值计算试验表明,本模式采用的垂直坐标方案比传统的σ坐标方案优越,随底坐标模式因压力梯度项在起伏地形下产生的系统计算误差将变得十分的微小.在南海2000年夏季环流的实际计算中,首先对观测资料进行了60d的诊断计算,然后在诊断已得到的动力场结果基础上,又进行了10d左右的预报运行得到半诊断结果.从计算结果来看,它依赖于参数C_vis与C_dif的选择,特别是参数C_vis,文中取值为C_vis=C_dif=008.比较诊断与半诊断两个计算过程的结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别.这是因为半诊断计算的方法对密度场作适当的动力调整,使其与地形、风场等更加匹配.在大尺度环流结构不受影响的情况下,尽可能地消除了小尺度噪声,可使计算得到的流场更为清晰.2000年8月南海计算区域环流的最大特点是多涡结构,其中有些反气旋暖涡和气旋式冷涡相间分布.在越南东南海域自表层至1000m水层稳定存在着一个显著的反气旋暖涡,其中心位置在11°51'N,112°07'E(诊断计算),水平尺度约为300km.此暖涡以东存在一个气旋式冷涡,这两个冷、暖涡是研究海区夏季环流的重要环流特征之一.在计算区域东北部夏季环流以反气旋环流系统为主;在计算区域东南部夏季环流以气旋系统为主;南海夏季环流分布,明显出现西部强化特征.     

基于FVCOM 的渤海潮波数值模拟

基于有限体积法海洋数值模型(FVCOM),对渤海当前水深岸线状况下的潮汐潮流进行了数值计算。模式采用不规则三角形网格,较好地提高了黄河口处网格分辨率,模拟了渤海海域K1,O1,M2和S2四个主要分潮。利用渤海沿岸19个验潮站的资料对模拟结果进行了验证,K1分潮振幅绝均差2.39 cm,迟角绝均差4.36°,O1分潮振幅绝均差1.40 cm,迟角绝均差4.29°,M2分潮振幅绝均差为3.55 cm,迟角绝均差为5.69°,S2分潮振幅绝均差1.72 cm,迟角绝均差8.86°,结果显示各分潮模拟结果合理,较真实地反映了渤海海域四个分潮传播情况。     

渤海、黄海、东海冬季环流的数值模拟

在POM的基础上,建立一个σ坐标系下三维斜压预报模式,利用经过资料同化处理的周平均卫星遥感海面温度资料,考虑海底地形、外海出入流、海面风应力等因素的影响,较好的模拟了冬季渤、黄、东海环流的情况。     

黑潮环流的数值模拟

黑潮是太平洋一支强的西边界流,具有高温、高盐、流幅窄、流速高、流量大的特征,主要来源于北赤道洋流,把大量热量从低纬输送到高纬,它的季节和年际变化都会对气候产生重大影响,对我国近海的温盐分布及环流的影响起到至关重要的作用.     

Spatial-temporal variability of submesoscale currents in the South China Sea

Spatial and seasonal variabilities of submesoscale currents in the northeastern South China Sea are investigated by employing a numerical simulation with a horizontal resolution of 1km. The results suggest that submesoscale currents are widespread in the surface mixed layer mainly due to the mixed layer instabilities and frontogenesis. In horizontal, submesoscale currents are generally more active in the north than those in the south, since that active eddies, especially cyclonic eddies, mainly occur in the northern area. Specifically, submesoscale currents are highly intensified in the east of Dongsha Island and south of Taiwan Island. In temporal sense, submesoscale currents are more active in winter than those in summer, since the mixed layer is thicker and more unstable in the winter. The parameterization developed by Fox-Kemper et al. is examined in terms of vertical velocity, and the results suggest that it could reproduce the vertical velocity if mixed layer instability dominates there. This study improves our understanding of the submesoscale dynamics in the South China Sea.     

Three-dimensional circulation in northern South China Sea during early summer of 2015

Using the hydrographic data obtained during two nearly simultaneous surveys in June 2015, we carried out semidiagnostic calculations with the help of a finite element model and a modified inverse method, to study the circulation in the northern South China Sea(NSCS) during the early summer of 2015. A number of new circulation features were found.(1) In most of the observation region, a large, basin-scale anticyclonic gyre appeared south of the 50-m isobath, which contained anticyclonic eddies. One anticyclonic eddy existed from the sea surface to 50-m depth, whose center showed no tilt, while the center of another eddy tilted eastward from the sea surface to 500-m depth. In the eastern part of the observation region, which is west of the Dongsha Islands, there was a sub-basinscale cyclonic gyre containing a cyclonic eddy whose center tilted southward from the sea surface to 200-m depth.(2) There was a cross-continental slope current(CCSC) in the area southwest of the Dongsha Islands. Its volume transport was about 2.0×10~6 m~3/s.(3) From the estimated order of magnitude of the stream function equation, the joint effect term of the baroclinity and relief(JEBAR) and β-effect term are two important dynamic mechanisms affecting the variation of the circulation in the NSCS.(4) The JEBAR, as a transport-generating term, resulted in the dynamic mechanism determining the pattern of the depth-averaged flow across the contours of potential vorticity fH~(–1). Furthermore, we show that the negative values of the JEBAR were the most dominant dynamic mechanism, causing the CCSC southwest of the Dongsha Islands to deflect from the isobaths and veer toward the deep water. The CCSC around the Dongsha Islands was located further southwest during the early summer of2015 than during the fall of 2005(revealed by a published study), which suggests that the location of the CCSC around the Dongsha Islands may vary with season.     

南海东北部全日非相干内潮的特征及其成因

本文利用南海东北部的潜标资料研究了南海东北部全日非相干内潮的特征。潜标数据的结果表明,在2010年7月下旬和8月上旬,全日非相干内潮的能量显著增强,同时全日内潮的总能量强度达到了预期(相干部分)的两倍;从能量的垂向分布上来看,非相干内潮的能量最大值出现在120 m深度附近。射线追踪模型的结果表明,此次强非相干内潮能量主要来自吕宋海峡的中部,黑潮入侵是导致非相干内潮信号增强的主要原因,全日内潮在吕宋海峡中部生成后向西传播进入南海,而黑潮改变了全日内潮的传播路径,将西向传播的内潮向北折射,导致来自多源地的内潮在潜标处叠加,引起全日非相干内潮能量的增强。本文的结果将有助于加深对非相干内潮的特征的认识和促进对其生成机制的了解。     

南海北部陆架陆坡区海流观测研究

针对2006-2009年期间,南海北部陆架陆坡区3个站ADCP海流连续观测资料,采用功率谱分析、潮流调和分析方法,重点分析了陆架陆坡区100 m,200 m和1 200 m水深海域海流的垂向结构,探讨了环流的季节变化和空间分布特征,特别讨论了南海暖流和北陆坡流的时空变化特征。结果表明,陆架陆坡区潮流类型属于不规则日潮,深水站点中层表现为正规全日潮类型,垂向为"三层结构",甚至更加复杂。O₁,K₁,M₂,S₂等分潮总体上为顺时针旋转,在深水站点,基本表现为西北－东南走向的往复流形态。从能量角度看,表层和底层海流中,潮流所占份额较大,分别占30%~40%和40%~50%,中层较小,约为20%。对东沙群岛西南陆架陆坡区环流,观测计算结果证实了西向强流的存在,且垂向结构具有显著的季节变化,在200 m水深处没有明显的南海暖流,只是10~30 m以上层次存在逆风海流。海南岛以东海域连续15个月表层环流的结果表明,冬季明显受到南海暖流的影响,存在东北向的逆风海流,夏秋季的环流表现为西南向,流速较强,夏季也存在逆风情况,造成上述情形的原因可能是该地南海暖流的流轴具有季节性变化——冬季偏南,夏季偏北。     

CMPI5多模式对南海上层海洋热含量的模拟比较

Seventeen models participating in the Coupled Model Intercomparison Project phase 5（CMIP5） activity are compared on their historical simulation of the South China Sea（SCS） ocean heat content（OHC） in the upper 300 m. Ishii＇s temperature data, based on the World Ocean Database 2005（WOD05） and World Ocean Atlas 2005（WOA05）, is used to assess the model performance by comparing the spatial patterns of seasonal OHC anomaly（OHCa） climatology, OHC climatology, monthly OHCa climatology, and interannual variability of OHCa. The spatial patterns in Ishii＇s data set show that the seasonal SCS OHCa climatology, both in winter and summer, is strongly affected by the wind stress and the current circulations in the SCS and its neighboring areas. However, the CMIP5 models present rather different spatial patterns and only a few models properly capture the dominant features in Ishii＇s pattern. Among them, GFDL-ESM2 G is of the best performance. The SCS OHC climatology in the upper 300 m varies greatly in different models. Most of them are much greater than those calculated from Ishii＇s data. However, the monthly OHCa climatology in each of the 17 CMIP5 models yields similar variation and magnitude as that in Ishii＇s. As for the interannual variability, the standard deviations of the OHCa time series in most of the models are somewhat larger than those in Ishii＇s. The correlation between the interannual time series of Ishii＇s OHCa and that from each of the 17 models is not satisfactory. Among them, BCC-CSM1.1 has the highest correlation to Ishii＇s, with a coefficient of about 0.6.     

波致应力对台风天气下南海上层海流的影响分析

利用海洋环流模式POM,分别在考虑波致应力和不考虑波致应力的情况下对1998年台风Faith影响南海期间的海洋环流进行了模拟试验,并将模拟结果与浮标观测资料进行了对比分析。初步的分析结果显示,在考虑波致应力情况下的模式结果无论在海表面温度(SST)的最大降温还是台风引起的海流的近惯性波动等方面均与观测结果更为接近;相对于不考虑波致应力的模式结果,最低SST降低了1℃,达到了24.12℃,而最大表层流速增加了17cm.s-1,达到了1.74m.s-1,计算的1 000m以内的正压流速大约增加了32%,达到了16.2cm.s-1。     

台风“巴蓬”对南海上层海洋水文特征与生态环境的影响

研究台风过境影响下海洋生态环境的变化是系统认识强天气过程下海洋响应问题的重要内容,对于防灾减灾、远洋运输等具有积极的意义。基于混合坐标海洋环流模式（Hybrid Coordinate Ocean Model, HYCOM）数据,结合Aqua卫星搭载的中分辨率成像光谱仪（MODIS）传感器数据,研究了慢速移动的台风“巴蓬”（1929号）过境对南海海表温度、叶绿素浓度以及水体垂向温盐结构和流场特征的影响。结果显示,台风“巴蓬”过境期间,波高由3 m增加至9 m,海表流速由0.3 m/s增加至0.7 m/s,台风周围最大流速甚至超过1.8 m/s;台风过境后,海表温度由原25.8 ℃下降至24.9 ℃。在台风影响下,水体垂向混合增加,混合层深度增加近15 m,从23 m到38 m。混合层内上部温度降低、盐度略微增加,下部温度升高、盐度降低;上层水体流速增加,方向偏转近90°,流速变化幅度由表及底逐渐减小。台风过境后3天内,由于温度降低、光照减弱,并且垂向混合增强补充的营养盐仍未被浮游植物充分利用,因此,叶绿素浓度并未快速升高,而是呈现短期内浓度微增的现象。     

泰国湾及邻近海域潮汐潮流的数值模拟

本文基于FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)模式,模拟了泰国湾及其周边海域K1、O1、M2和S2四个主要分潮。采用47个验潮站实测调和常数与模拟结果进行比较,所得4个分潮的均方差分别为4.06cm、3.76cm、8.22cm和4.71cm,符合良好。根据计算结果分析了泰国湾及其周边海域的潮汐、潮流的分布特征和潮波的传播特征。数值试验表明,现有的数字水深资料(ETOPO1,ETOPO5,DBDB-V)的准确度不足以合理地模拟泰国湾潮波。     

1998年春夏南海温盐结构及其变化特征

利用1998年5～8月“南海季风试验”期间“科学1”号和“实验3”号科学考察船两个航次CTD资料,分析了1998年南海夏季风暴发前后南海主要断面的温盐结构及其变化特征.观测发现,南海腹地基本被典型的南海水团所控制,但在南海东北部尤其是吕宋海峡附近,表层和次表层水明显受到西太平洋水的影响.季风暴发以后,南海北部表面温度有显著升高,升幅由西向东递减,而南海中部和南部表面温度基本没变,这使得南海北部东西向温度梯度和整个海盆南北向温度梯度均减小.北部断面表层盐度普遍由34以上降低到34以下,混合层均有所发展,是季风暴发后降水和风力加剧的结果.观测期间黑潮水跨越吕宋海峡的迹象明显但变化剧烈.4～5月,黑潮次表层水除在吕宋海峡中北部出现外,在吕宋岛以西亦有发现,表明有部分黑潮水从吕宋海峡南端沿岸向西进而向南进入南海.6～7月,次表层高盐核在吕宋海峡中北部有极大发展,但在吕宋岛以西却明显萎缩;虽然看上去黑潮水以更强的流速进、出南海,但对南海腹地动力热力结构的影响未必更大.一个超过34.55的表层高盐水体于巴拉望附近被发现,似与通过巴拉望两侧水道入侵南海的西太平洋水有关.     

2001年冬春转换期间南海东北部水文和环流特征

根据2001年3月份南海东北部航次调查温、盐资料,分析了2001年冬末春初南海东北部温、盐结构和环流的特征.分析结果表明:观测期间南海东北部环流主要受一次海盆尺度气旋型冷环流支配,冷环流呈现双核结构,垂向尺度接近1000 m.吕宋海峡内侧断面的水交换在600 m以浅海水流入南海,在断面南部(20°N以南)中层和深层有流出,断面法向地转流向西净输运量为6.9×106m3/s;直接的黑潮入侵不超过120.5°E,但有部分的黑潮水沿陆坡达到台湾岛西南部海域,并更有一部分逸入东沙岛以西海域,与南海水混合变性.     

近岸波浪和波生流环境中泥沙输运的数值模拟

Owing to lack of observational data and accurate definition,it is difficult to distinguish the Kuroshio intrusion water from the Pacific Ocean into the South China Sea(SCS).By using a passive tracer to identify the Kuroshio water based on an observation-validated three-dimensional numerical model MITgcm,the spatio-temporal variation of the Kuroshio intrusion water into the SCS has been investigated.Our result shows the Kuroshio intrusion is of distinct seasonal variation in both horizontal and vertical directions.In winter,the intruding Kuroshio water reaches the farthest,almost occupying the area from 18°N to 23°N and 114°E to 121°E,with a small branch flowing towards the Taiwan Strait.The intrusion region of the Kuroshio water decreases with depth gradually.However,in summer,the Kuroshio water is confined to the east of 118°E without any branch reaching the Taiwan Strait;meanwhile the intrusion region of the Kuroshio water increases from the surface to the depth about 205 m,then it decreases with depth.The estimated annual mean of Kuroshio Intrusion Transport(KIT) via the Luzon Strait is westward to the SCS in an amount of –3.86×106 m3/s,which is larger than the annual mean of Luzon Strait Transport(LST) of –3.15×106 m3/s.The KIT above 250 m accounts for 60%–80% of the LST throughout the entire water column.By analyzing interannual variation of the Kuroshio intrusion from the year 2003 to 2012,we find that the Kuroshio branch flowing into the Taiwan Strait is the weaker in winter of La Ni?a years than those in El Ni?o and normal years,which may be attributed to the wind stress curl off the southeast China then.Furthermore,the KIT correlates the Ni?o 3.4 index from 2003 to 2012 with a correlation coefficient of 0.41,which is lower than that of the LST with the Ni?o 3.4 index,i.e.,0.78.     

文献计量分析南海及其U形海疆线的遥感研究热点

为综合评估遥感技术在南海、尤其在南海U形海疆国界线(简称南海U形海疆线)研究中的应用情况, 本文以中国知识基础设施工程(China National Knowledge Infrastructure, CNKI)和Web of Science核心合集 (Web of Science Core Collection, WOSCC)分别作为中文与外文期刊论文数据库来源, 筛选出截至2019年已发表的相关主题的中外期刊文献, 进行文献计量分析。按照关键词筛选的三类论文为: 南海自然科学研究(中文10150篇, 外文10130篇), 南海遥感研究(中文560篇, 外文1296篇)与南海U形海疆线相关研究(中文303篇, 外文33篇)。文献计量分析表明: 南海自然科学研究总发文量最大的国家为中国(18253篇), 总发文量排名前列的研究机构(如排名第一的中国科学院南海海洋研究所)与期刊(如排名第一的《热带海洋学报》)也主要来自中国; 年发文量变化趋势显示, 南海自然科学研究呈现四个阶段(缓慢起步、缓慢增长、快速增长和回降), 南海遥感研究有两个阶段(缓慢起步与快速增长), 南海U形海疆线研究中文论文呈现三个阶段(缓慢起步、快速增长与回降); 热点研究显示, 南海自然科学研究围绕季风、天然气水合物与台风开展, 南海遥感研究关注海表温度、叶绿素与台风, 南海U形海疆线研究关注南海争端和地质特征。遥感数据于1974年开始被用于南海台风研究, 2019年被用于南海U形海疆线的生态环境研究。发展海洋遥感技术, 深化南海台风“风泵”生态效应与灾害研究, 拓展南海U形海疆线走廊立体的综合科学研究和增强南海的自然科学与社会科学的交叉研究, 意义重大。     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维 M2 分潮潮致 Euler余流、Stokes漂流和L agrange余流 ,并分析各海区 L agrange余流的特征。渤海 M2 分潮致 L agrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统 ;辽东湾有一个逆时针流环。在黄海 ,潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部 ,潮致余流有强化对马暖流的作用 ;在台湾北部海域 ,潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域 ,由于复杂地形的作用 ,潮流非线性作用加强 ,潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明 :在浅水区域 ,Stokes漂流较大 ,Euler余流与 Lagrange余流差别显著     

东海黑潮区莹虾类的初步研究

1984年6月和1985年12月,对东海进行了首次黑潮实验性调查.整个调查区涉及到东海及东海黑潮区。作为综合调查项目其中之一的生物调查,在全调查区进行了取样:冬、夏两航次共采集浮游动物样品115份,经分析共鉴定出莹虾类4种。夏季(6月)出现中型莹虾 Luciferintermedius、正型莹虾 Lucifer typus、刷状莹虾 Lnckfer penicillifer、东方莹虾 Lucifer oriental-is;冬季(12月)出现中型莹虾 Lucifer intermedius、正型莹虾 Lucifer typus,可以明显地看出莹虾类的数量分布和种类分布与水温、营养盐、水团、流系等之间有密切的关系。并且莹虾类的数量分布与渔场的位置也有一定关系。据本次调查及资料分析,夏季可将中型莹虾作为东海混合水的指标种;正型莹虾可作为黑潮水的指标种;刷状莹虾可作为台湾暖流的指标种,为水文的调查提供较有价值的参考.