南海东北部中尺度涡对海表叶绿素a浓度的影响规律研究

基于南海东北部1998~2019年的多源卫星遥感数据和风场再分析数据, 较系统地分析了南海东北部涡旋内部叶绿素a浓度的分布特征, 通过量化统计和涡心坐标系参数合成等方法探究了中尺度涡对叶绿素a浓度变化的影响规律及潜在机制。结果表明: (1)南海东北部约有60%的中尺度涡旋内部存在叶绿素a浓度增加和减少的现象。(2)南海东北部中尺度涡内部叶绿素a扰动受到涡旋抽吸和涡致Ekman抽吸机制的共同调控, 其中约有38% (39%)的暖(冷)涡内涡旋抽吸的贡献更大, 21% (24%)的暖(冷)涡内涡致Ekman抽吸的贡献更大。(3)南海东北部中尺度涡生命周期内的海表叶绿素a浓度变化存在显著的阶段性差异, 在冷暖涡的生成期, 涡旋抽吸的作用更为显著, 而在冷暖涡的顶峰和消亡期, 涡致Ekman抽吸的作用更为明显。上述研究结果有助于理解南海东北部初级生产力对中尺度涡的响应过程与机理, 对认识海洋物理-生物耦合过程具有一定的参考价值和研究意义。     

南海北部台风和中尺度暖涡对近惯性振荡的影响

基于2014年8-9月南海北部东沙群岛附近海域两个临近站位(站位A,20.736°N,117.745°E,水深1 249 m;站位B,20.835°N,117.56°E,水深848 m)的潜标数据,研究了台风过境所激发的近惯性振荡的特征,分析了中尺度暖涡对近惯性频率的调制及其对近惯性动能分布和传播的影响。站位A(B)142(175) m以浅,近惯性频率由0.710 1(0.713 3)周/d红移至0.659 2周/d,频率减小了7.2%(7.6%),观测结果与两个站位所处的背景涡度相吻合。中尺度暖涡改变了水体层结状态,两个站位的近惯性动能在不同层结中被改变了0.5～3倍。水体层结对能量的折射作用使得站位B的近惯性动能在深度158～223 m之间衰减较少,而站位A的近惯性动能则随着深度的增加快速减小。站位A和站位B近惯性内波的垂向群速度分别约为15.2 m/d和14.1 m/d。如果忽略近惯性动能的水平辐散,近惯性内波的垂向传播分别造成了两个站位垂向上约47%和38%的近惯性动能衰减。     

2005-2009年、2011年和2013年南海东北部120°E断面秋季体积输运的年际变化

基于2005年至2009年、2011年和2013年各年九月份南海开放航次获取的东北部120°E断面的水文观测资料,运用了地转流诊断和模态分解两种方法,研究了该断面流场结构和体积输运的年际变化特征。2005年、2006年、2007年和2013年流场呈显著斜压特征,断面上、下层流速方向相反;而2008、2009年和2011流场垂向变化不明显,呈现准正压结构。断面体积输运沿深度分布呈现三种方式：一致向西（2005年、2007年和2011年）,上西下东（2008年和2013年）和上东下西（2006年和2009年）。断面净体积输运亦有显著年际变化,在2005年出现西向最大-11.2Sv,在2013年出现东向最大9.1Sv,而在2009年仅为西向-1.2Sv。模态分解表明,准正压结构的年份,流场主要被正压模态控制,但第一斜压亦不可忽略;而斜压结构的年份,流场由正压模和第一斜压模态共同主导。     

2015年6月南海北部陆坡气旋-反气旋涡对陆坡水文和环流影响的观测

利用2015年6月南海北部现场观测的水文数据,结合卫星高度计资料,分析了2015年6月13日—28日南海北部陆坡在气旋涡-反气旋涡的双涡结构影响下的水文和环流特征。结果表明,2015年6月南海北部陆坡调查海区表层50 m以浅盐度存在NE—SW向低盐区,表层盐度最小值低于32,这表明南海北部陆坡存在跨陆架海水输送。在观测期间,南海北部陆坡调查海区受气旋涡和反气旋涡双涡结构影响,使得南海北部陆坡表层100 m以浅存在跨陆坡流,流速最大值出现在两涡交汇区域。此外,通过潜标连续海流资料,发现南海北部陆坡环流呈现了“深入浅出”(100 m以深层为向岸的入侵、以浅层为离岸的出流)的“两层结构”。     

The calculation of the circulation in South China Sea by a diagnostic model

A high resolved two - dimensional linear global diagnostic model combining with the dynamical calculation is used to calculate ve- locity field in the South China Sea(SCS). The study of model results shows that eddy diffusion does not change basic structure of circulation in the SCS and does not change the direction of invasive water, but changes the value of transport considerably espe- cially in straits. The velocity field is not changed whether the wind stress is considered or not. This result shows the circulation is largely determined by a density field which well records most of the important contribution of the wind stress effect. Potential vor- ticity is calculated to testify the dynamics of the model results. The result shows that a good conservation of the nonlinear PV. This indicates most effects of the important nonlinear processes are well recorded in density and the nonlinear term is negligible so that the simplified model is reliable. The model results show the water exchanges between the SCS and open ocean or surrounding seas. Cold deep water invades through Luzon Strait and Warm shallow water is pushed out mainly through Karimata Straits. The model results also reveal the structure of the circulation in the SCS basin. In two circulations of upper and middle layers, a cyclon- ic one in the north and an anti-cyclonic one in the south, reflect the climatologic average of the circulation driven by monsoon. In the deep or bottom layer, these two circulations reflect the topography of the basin. Above the middle layer, invasive water enters westward in the north but the way of invasion of Kuroshio is not clear. Below the deep layer, a current goes down south near the east basin , and invasive water enters in the basin from the west Pacific.     

1998年冬季南海环流的三维结构

利用1998年11月28日至12月27日南海的调查资料,采用三维海流诊断模式,计算了冬季南海三维海流,所得结果如下:(1)冬季南海环流系统方面:1)南海北部,在吕宋西北海域分别存在一个气旋式、反气旋式涡.2)南海中部,在越南近岸存在较强的、南向的西边界射流.其以东海域出现较强的气旋式环流.南海中部东侧海域存在一个较弱的反气旋式环流.3)南海南部,一般流速较弱.在112°E以西受反气旋式环流所控制,加里曼丹岛西北海域存在气旋性环流.由于受调查海域所限,这两个环流只部分出现.(2)上述环流系统与200 m层水平温度、密度分布对应较好.(3)南海冬季环流垂向速度分布方面:1)表层,南海北部,在吕宋西北为范围较大的上升流海区.而在东沙群岛附近海域出现了下降流.海南岛以南及东南海域也存在下降流.南海中部,越南以东海域出现范围较大的下降流,其以东为上升流海域,而在巴拉望岛西北海域又出现下降流.南海南部,基本上被上升流海域所控制.2)次表层与表层不同,例如在次表层,海南岛东南部海域出现上升流.中层和深层垂向速度分布与次表层相似.(4)关于南海垂向速度分量分布的动力原因:在表层,风应力旋度场起着主要作用;在次表层,β效应与斜压场相互作用是重要的动力因子,而风应力旋度场和β效应与正压场相互作用也有一定影响;在南海中部等区域的中层以及在南海的深层,主要受B效应与斜压场相互作用和B效应与正压场相互作用的共同作用.     

Three-dimensional modeling of tidal circulation and mixing over the Java Sea

A combination of a three-dimensional hydrodynamic model and in-situ measurements provides the structures of barotropic tides, tidal circulation and their relationship with turbulent mixing in the Java Sea, which allow us to understand the impact of the tides on material distribution. The model retains high horizontal and vertical resolutions and is forced by the boundary conditions taken from a global model. The measurements are composed of the sea level at coastal stations and currents at moorings embedded in Seawatch buoys, in addition to hydrographic data. The simulated tidal elevations are in good agreement with the data for the K₁ and M₂ constituents. The K₁ tide clearly shows the lowest mode resonance in the Java Sea with intensification around the nodal point in the central region. The M₂ tide is secondary and propagates westward from the eastern open boundary, along with a counterclockwise amphidromic point in the western part. The K₁ tide produces a major component of tidal energy, which flows westward and dissipates through the node region near the Karimata Strait. Meanwhile, the M₂ tide dissipates in the entire Java Sea. However, the residual currents are mainly induced by the M₂ tide, which flows westward following the M₂ tidal wave propagation. The tidal mixing is mainly caused by K₁ tide which peaks at the central region and is consistent with the uniform temperature and salinity along the vertical dimension. This mixing is expected to play an important role in the vertical exchange of nutrients and control of biological productivity.     

引潮力对海洋环流模式的影响

The eight main tidal constituents have been implemented in the global ocean general circulation model with approximate 1° horizontal resolution.Compared with the observation data,the patterns of the tidal amplitudes and phases had been simulated fairly well.The responses of mean circulation,temperature and salinity are further investigated in the global sense.When implementing the tidal forcing,wind-driven circulations are reduced,especially those in coastal regions.It is also found that the upper cell transport of the Atlantic meridional overturning circulation(AMOC) reduces significantly,while its deep cell transport is slightly enhanced from 9×106m3/s to 10×106 m3/s.The changes of circulations are all related to the increase of a bottom friction and a vertical viscosity due to the tidal forcing.The temperature and salinity of the model are also significantly affected by the tidal forcing through the enhanced bottom friction,mixing and the changes in mean circulation.The largest changes occur in the coastal regions,where the water is cooled and freshened.In the open ocean,the changes are divided into three layers:cooled and freshened on the surface and below 3 000 m,and warmed and salted in the middle in the open ocean.In the upper two layers,the changes are mainly caused by the enhanced mixing,as warm and salty water sinks and cold and fresh water rises;whereas in the deep layer,the enhancement of the deep overturning circulation accounts for the cold and fresh changes in the deep ocean.     

1998年南海夏季风爆发前环流的三维海流诊断计算的研究

基于1998年南海夏季风爆发前航次(4月22日至5月24日)获得的水文资料和NCEP提供的风场资料,采用三维海流诊断模式计算南海环流,结合同时期高度计资料T/P推得的水位高度距平分布,获得了一致的南海环流的流态,主要环流特性概括如下:(1)黑潮入侵南海较弱,黑潮的大部分绕过吕宋海峡作反气旋弯曲,向东北方向流向台湾以东,但小部分在300m以浅向西入侵,并局限于中国大陆以南较狭窄的陆架坡内,不扩展到所有的西边界,这与Qu的观点一致.(2)南海北部环流,在300m以浅主要由海盆尺度的气旋环流支配,它以两个气旋式涡C1与C2为核心组成.在300m以深,南海北部环流被反气旋环流以暖涡W4为核心分离成两个尺度不大、分别以气旋涡C2和C3为核心的环流.冬季时海盆尺度气旋式环流的范围比4~5月大得多.(3)南海中部环流,主要由海盆尺度的反气旋环流支配.在300m以浅海盆尺度的反气旋式环流分别以暖涡W1,W2和W3为核心组成.在反气旋式涡W1东南存在一个以C1为核心气旋式环流.但在300m以深,海盆尺度的反气旋环流分别以暖涡W1,W2和W4为核心组成,并向北扩展到20°N.(4)在越南以东近岸存在一支较强的沿岸北向流,其强度比6月时沿岸的北向流强.这支较强的北向的沿岸流一直可达17°15'N附近,比6月时更往北大约3°15'.(5)产生1998年4~5月南海环流的动力机制有两个:最重要的动力因子为斜压场与地形相互作用项,其次为东南风作用下风应力与地形相互作用项.Sverdrup关系在南海环流不满足.     

P矢量方法在南海夏季环流诊断计算中的应用

基于1998年6～7月南海调查航次的CTD资料,对南海环流采用最近发展的P矢量方法进行诊断计算.计算结果:黑潮向西入侵南海,然后做反气旋弯曲向东北方向流动,最终有通过巴士海峡流出南海的趋势.在南海北部存在一个气旋性环流,这个环流的强度和范围随深度增加而减小.该环流的冷中心位置随深度增加稍向南移.南海中部、越南以东海域存在一个明显的气旋涡和反气旋涡,尤其在200m及其以上水层均相当稳定,反气旋涡位于越南以东,其中心位置在11°53'N,111°50'E,气旋涡的中心位置在13°17'N,112°55'E,两者的尺度皆约为250km.吕宋岛西侧存在一个反气旋涡.在计算海区南部、巴拉望岛西南海域,100m以上层存在一个反气旋式涡.从各层流场分布均可以显示海流在西部强化的现象.     

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.     

1998年夏季南海环流的三维结构

利用1998年6月12日至7月6日南海的调查资料,采用三维海流诊断模式,计算了夏季南海三维海流,结合卫星海表面高度距平资料,得到结果如下:(1)南海北部,在吕宋岛以西海域和东沙群岛附近海域,分别存在一个反气旋式涡和东沙群岛西南的气旋式涡.(2)南海中部,越南以东海域出现由暖涡W3和冷涡C3组成的一个准偶极子.在冷涡C3和暖涡W3以北分别存在一个暖涡W2和冷涡C2.(3)在越南近岸存在较强的、北向的西边界射流,此北向射流在14°N附近离岸转为东,并流入两涡W3和C3之间.(4)南海南部,在巴拉望岛的西南海域,100m以浅水层存在反气旋式涡,而在其较深水层,此处变为气旋式涡.(5)南海环流的动力机制有两个:最重要的动力因子为斜压场与地形相互作用项,其次为风应力与地形相互作用项.(6)讨论了夏季南海环流垂向速度w分布,例如在30m层,Ekman抽吸对垂向速度w分布起着重要作用.(7)与2000年夏季南海环流的比较,1998年夏季计算海域涡旋W3,C3,C2等的位置变化并不大.     

Calculation of circulation in the South China Sea during summer of 2000 by the modified inverse method

On the basis of hydrographic data obtained in August 2000 cruise, the circulation in the South China Sea (SCS) is computed by the modified inverse method in combination with SSH data from TOPEX/ERS-2 analysis. For study of the dynamical mechanism, which causes the pattern of summer circulation in the SCS, the diagnostic model (Yuan et al. 1982. Acta Oceanologica Sinica,4(1):1-11; Yuan and Su. 1992. Numerical Computation of Physical Oceanography.474-542) is used to simulate numerically the summer circulation in the SCS. The following results     

南海上层环流季节变化的诊断计算

通过一个全球的二维诊断模型,采用Levitus温盐资料和COADS风应力资料,并结合动力计算来研究南海上层环流的季节变化。计算结果与其它模式结果和观测结果非常相似。南海北部(南部)全年存在一气旋式(反气旋式)环流。在冬季气旋式环流几乎占据了整个南海,夏季则以反气旋式环流为主。泰国湾的环流在冬季(夏季)是气旋式的(反气旋的)。南海的西边界流有明显的季节变化,其在冬季从卡里马塔海峡流出南海,夏季部分西边界流从台湾海峡流出南海。越南离岸流在春季就开始出现,其位置比夏季的越南离岸流的位置偏北。