南海西部风驱离岸急流次中尺度锋面的动力学分析

本文利用卫星观测资料和500 m分辨率数值模拟结果,结合理论分析,对南海西部夏季风场驱动的离岸急流海域次中尺度锋面及其不稳定对背景流场的动力学影响进行了研究。卫星观测和模拟结果表明,南海西部（WSCS）存在侧向尺度为O（1-10）km的次中尺度锋面,在地转和非地转运动的共同作用下,次中尺度密度锋面具有一阶Rossby（Ro）和Richardson（Ri）数。锋面诊断结果显示,沿锋面急流方向的风场强迫引起了显著的跨锋面Ekman净输送,有效地在跨锋面方向将表层冷水平流输送至暖水侧,导致海表浮力损失。减弱的垂向层结和增强的水平浮力梯度使得锋面海域出现负Ertel位涡（PV）,表明该密度锋面易受次中尺度对称不稳定（SI）的影响。次中尺度锋面不稳定引起的跨锋面次级环流能够显著增强垂向速度,其最大值可达100 m·d^-1。能量评估结果表明,次中尺度湍流的两个主要能量源,即地转剪切项（GSP）和垂向浮力通量（BFLUX）在锋面海域显著增强表明在沿锋面急流方向的风场强迫作用下,大尺度地转流的地转剪切动能和锋面有效位能能有效地通过锋面不稳定向次中尺度过程传递。因此,次中尺度锋面及其不稳定有助于增强局地垂向交换和正向串级地转能量,可以为夏季WSCS高叶绿素浓度的相干结构和锋面地转能量的正向传递提供新的动力解释。     

风速变化对竹湖流场结构影响的数值试验

利用EcoTaihu生态模型中的压缩坐标系下三维水动力学子模型,对4种吞吐流量（换水周期分别为36d、7．2d、3．6d、35h）,东、西、南、北风向,不同风速的风场作用下的浅水湖泊进行了数值模拟,分析比较了不同风速作用下湖泊分层流场及垂向平均流场结构的差异。结果表明,随着风速的增大,湖泊垂向平均流场逐渐由受吞吐流控制转变成受风生流场控制;在此转变过程中存在着临界风速值,当风速大小超过该值时,流场结构发生明显的改变;风向和吞吐流量是影响临界风速值大小的主要因素。风速变化对稳定状态的湖泊表层、次表层流场有较大影响,而对底层和次底层影响不大。在水深水平变化较大的区域,垂直平均流场结构对风速变化的响应较为敏感,易形成环流,浅水区垂向平均流向和风向一致,深水区则和风向相反;水深变化较小的水域,流场结构对风速变化的响应则较为迟钝。     

南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征分析

利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果, 对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示, 南海西部夏季锋面海域存在活跃的次中尺度现象, 其水平尺度约为1~10km, 且具有O(1)罗斯贝数(Rossby number, Ro)的典型次中尺度动力学特征。进一步的诊断分析表明, 在夏季西南风的驱动下, 沿锋面射流方向的风应力(down-front wind stress)引起的跨锋面埃克曼输运有利于将海水由锋面冷水侧向暖水侧输运, 减小了锋面海域的垂向层结和Ertel位涡, 加剧了锋面的不稳定, 并形成跨锋面的垂向次级环流。高分辨率模拟结果显示, 锋面海域最大垂向流速可达100m?d ^-1, 显著增强了上层海洋的垂向物质交换。因此, 活跃在锋面海域的次中尺度过程可能是增强南海西部上升流海域垂向物质交换的重要贡献者。     

莱州湾夏季环流垂向结构及其影响机制的研究

完善莱州湾三维环流结构,对进一步认识莱州湾海域的物质输运和生态环境保护具有重要科学意义,但前人对于莱州湾环流三维结构的研究相对较少。本文基于一套高分辨率的海洋数值模式,从三维角度研究了莱州湾夏季8月份环流的气候态特征及其影响机制。数值研究表明,莱州湾夏季环流垂向结构呈现双层环流特征,其中在跨等深线方向,环流的双层结构环流特征比较显著且存在显著的密度锋面结构。动量诊断的结果进一步表明,这种双层结构环流的形成与底层密度锋面所导致的斜压梯度力密切相关。此外,通过量化温盐场对于密度锋面的贡献,本文证实了温度梯度是莱州湾顶的密度锋面的主要影响因素,其对斜压梯度力的贡献占比达到99%,而盐度梯度对于莱州湾中部区域的密度锋面十分重要,对斜压梯度力的贡献占比达到58%,这与夏季黄河所带来的淡水通量密切相关。     

浙江沿岸上升流和沿岸锋面的数值研究

本文构造了一个垂向二维的数值模式,对夏季浙江沿岸上升流和沿岸锋面的结构,它们之间的相互关系,以及各动力因子的相对重要性进行了研究。模式考虑具有陆架底坡f—平面连续层化流体,并采用Richardson数依赖的垂直涡动系数。计算结果表明,浙江沿岸上升流按其成因可分成两个区域,即近岸区和远岸区。在近岸区,风应力对上升流和沿岸锋面的形成有重要的作用。而在远岸区,上升流主要由沿岸向北的台湾暖流诱生。夏季沿岸锋面的生成和沿岸较强的上升流有密切关系。     

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。     

陆坡附近锋面的稳定性

本文用二维的半地转模式研究了陆坡附近锋面(坡折锋、西边界锋)的稳定性及不稳定机制。指出:锋面的稳定性与锋面结构有关,下层厚度的增加使得a_i(扰动生长率)减小。对坡折锋地形变陡a_i略有所增,这与Flagg和Beardsley的说法相反[1],扰动为斜压不稳定。对上层位涡均匀的西边界锋,其实际地形下的a_i只有平底时的1/7,扰动为正压不稳定,这与背景流场的强水平剪切有关。对于双曲正切结构锋,得到了与实际相一致的相速(～0.5m/s),扰动为斜压不稳定。圆顶结构锋的a_i及相速几乎不随波长而变,扰动为斜压不稳定。     

长江口正压、斜压诊断及斜压预报模式--三维流场数值模拟

建立了σ坐标系下长江口正压、斜压诊断及斜压预报模式三维流场数学模型,采用k-kl二方程紊流闭合模型求解垂向涡粘系数。通过正压模式与斜压诊断模式、斜压诊断模式与斜压预报模式流场模拟结果的定量比较,说明了各种模式对长江口流场模拟精度影响的程度,推荐了长江口流场数值模拟采用的模式。     

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。     

2015年7月珠江口逆温现象的观测与分析

根据珠江口2015年7月6日至17日航次的CTD（conductivity, temperature, and depth）观测结果,分析得到：珠江口附近海域存在海水的垂向逆温现象,逆温差平均值为0.42 oC,上界深度在1 m-6 m间,下界深度在3 m-10 m间,逆温层平均厚度约为4 m。根据时空分布差异的不同,逆温现象可区分为以下三种情况：（1）在狮子洋、太平水道和蕉门水道的出口汇集处,存在温、盐差异的不同水体的交互过程中,由于潮汐和径流的作用所形成的水平流场差异导致了垂向温度的逆转现象。（2）在珠江口西侧的盐度锋面区域附近,第一航段观测期间锋面内侧低盐水团的温度低于锋面外侧高盐水团约2 oC,此时可观测到逆温现象;但在同一区域的第二航段观测期间由于河口内表层水温的上升,导致了逆温现象消失。该区域盐度锋面附近的两个水团在锋面位置附近发生叠置,冲淡水覆盖于海水之上,两个水团的温、盐差异是温度逆转现象的主因。（3）香港西南侧的上升流区域与盐度锋面的相互作用导致了该区域逆温现象的产生。     

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...     

Residual currents in plume front zone of the Hangzhou Bay

It is of some limitations to analyse residual currents by means of the 25 h anchored current measurements. On the basis of the drift tracking and the mooring system data, here, analyses have been done aiming at the structural characteristics and the dynamical mechanisms of the frontal residual current field of the Hangzhou Bay. Especially a theoritical model is given focusing on the frontal density-driven currents. The results indicate that there exists obviously the upper-layer front-driven flow along the orientation of the front during neap tides in the research area of the Hangzhou Bay. But the flow is restrained by the strong vortical viscosity during spring tides. In the lower layer, the effect of the front is little and the subtidal movements are dominated by the tide-induced residual currents. In addition, the influences of wind forcing to the residual current field are also suggested to be important.     

我国近海陆架锋面与生态效应研究回顾

海洋锋面存在于特征明显不同的2种或多种水系或水团交界处,锋面区域形成的次生环流和辐聚作用可显著影响到海洋中的物质输运与生物生产,故受到海洋学家的广泛关注。研究发现,我国近海陆架存在14个永久性的准静止锋面（渤海海峡锋面、山东半岛沿岸锋面、苏北沿岸锋面、西韩湾锋面、京畿湾锋面、济州岛西锋面、长江环形浅滩锋面、闽浙沿岸锋面、黑潮锋面、台湾沿岸锋面、闽粤沿岸锋面、珠江口沿岸锋面、琼东锋面和北部湾锋面）,且部分海域观测到双锋面、穿刺锋面和锋面波等现象。它们与陆架环流及其他动力过程（如：涡旋、内波等）共同控制着我国边缘海的物质能量输运与交换以及生物生产力格局。近岸物质沿锋面、跨锋面输运与锋区的垂向输送过程对我国边缘海生物地球化学循环和生态过程存在显著季节性影响。冬季到春季,沿岸锋面松弛能够加强物质从近岸向陆架的输运,进而在空间上调制春季藻华暴发的时间与量级;夏季到秋季,我国边缘海存在显著的潮汐锋面系统,锋面的辐聚效应以及次级环流可显著提高锋面区域的营养盐浓度和改善光照水平,对浮游植物的生长聚集起到促进作用,故在富营养化的河口与沿岸海域,锋面区域容易成为赤潮或缺氧高发区。此外,锋面的物理屏障作用使得两侧水团保持相对独立的物理与化学特征,因而在我国边缘海生境区划和生物多样性梯度变化等方面扮演重要角色,这些研究对认识我国边缘海物质循环与生物生产的控制机制具有重要作用。未来仍需充分结合观测与卫星资料,运用多过程耦合的高分辨率模型,深入认识锋面的精细结构与动态变化,加强亚中尺度和小尺度过程及其生态效应的研究。     

象山港盐度锋面及其动力成因

基于盐度观测资料,证实了象山港夏季存在双潮锋的锋面系统,而在冬季该锋面现象消失。本文借助潮锋理论分析了该盐度锋面系统形成的动力机制,并进一步讨论了象山港径流量变化对锋面形成和消退的控制作用。结果表明,丰水期浮力输入是象山港锋面形成的最主要因素。     

杭州湾潮汐特征时空变化及原因分析

杭州湾是世界著名的强潮河口湾,一直是研究的热点。基于杭州湾口内外实测潮汐资料,对杭州湾潮汐特征及时空变化进行了系统分析,包括高潮位、低潮位、平均潮位、潮差、涨潮历时以及天文潮变化,同时分析了20世纪80年代以来潮汐特征变化的原因。结果表明:最近50年来,杭州湾年平均高潮位和海平面抬高,潮差增大;澉浦年平均低潮位抬高,涨潮历时缩短,浅海分潮增大;钱塘江河口治江缩窄是造成杭州湾潮汐变化的主要因素;浙江和邻近海域的涉海工程可能是造成浙江沿海海平面上升的主要原因之一。     

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。     

海水碳酸盐体系缓冲模型在水质预测中的应用

采用二维浅水潮波方程数值模拟了深圳湾及其邻近海域的潮流，在此基础上引入了海水碳酸盐体系的缓冲容量数学模型和二维水质联合模型，进行了电厂海水脱硫冷却水对海水中pH值的影响预测。研究表明，电厂排放的冷却水对海水中pH值的影响面积很小，不会给周围海水水质造成不良影响，几乎不影响深圳湾的水质。     

珠江口伶仃洋锋的类别及其对沉积的影响

根据近年在珠江口伶仃洋的观测资料，对比国外有关河口锋的定义，归纳了伶仃洋内几种锋的现象，计有潮侵锋、岬角锋及湖水退急时的浅滩锋等。解释了锋生的原因与潮汐进退，特别与随潮入侵的咸水关系。文中也探讨了这些锋对沉积环境的影响，认为它是陆架水入侵河口地区的一种不容忽视的沉积动力过程。     

A combined numerical tidal model for the Hangzhou Bay and Qiantang River

-In order to avoid prescribing open boundary condition on the upstream side of the Hangzhou Bay, in numerical simulation of the tides and residual currents of the Bay, a 1-D model for the Qiantang River is connected to the 2-D model for the Hangzhou Bay. The harmonic constants of diurnal constituent [ (K1 O1)/2],semidiurnal constituent (M2) and shallow water constituent (M4) are obtained. The results produced by the combined model are in better agreement with the observed ones than those produced solely by the original 2-D model. The combined model gives much more reliable results for tide-induced residual water level and current.