德里克海峡附近绕极流和锋面研究的进展

本文概括了近几十年来，关于德里克海峡附近绕极流研究的进展，这些研究主要以实际观测资料为基础，说明了德里克海峡附近海洋锋面分布和绕极流的体积输运，其中，主要的海洋锋面有：亚南极锋，极锋和陆缘水边界；而德里克海峡绕极流的体积输运则代表了太平洋和大西洋两大洋之间通过德里克海峡的水量交换，读者可通过本文加深关于德里克海峡锋面成因和绕极流机制的理解。     

南极绕极流线性理论的一个摄动解

为了模拟南极绕极流区的流动，首先将环形条带区从Drake海峡处分开，并展成以经纬度为坐标的矩形区域。将模拟区划分为边界区和内部区。与Munk的大洋环流理论不同．在我们所考虑的线性化的涡度方程中保留了经向摩擦作用。这是基于绕极流流轴处的强剪切产生的经向摩擦项与β效应同等重要的判断。另外．内部区的北边界取为流线，而2个侧边界区的北边界视为南北水体交换的通道。基于巴西暖流穿过北边界流入和秘鲁寒流穿过北边界流出，以及常年有大于100Sv(平均约134Sv)的水体自西向东穿过Drake海峡的观测事实，引入了净通量条件。计算出了不同于Sverdrup流的更集中的内部区带状流的流线分布，这与观测大体一致。在Drake海峡处引入匹配条件，从而得到了完整的边界解。计算结果与理论分析指出，通过Drake海峡的流量远小于南极绕极流所带动水体的纬向通量是因为Drake海峡偏离绕极流流轴(也是南大洋西风带的主轴)。受南美大陆的阻挡，另一部分水体通过秘鲁寒流流出该海区。     

南极绕极流的经向输运

南极绕极流(ACC)是南大洋中最显著的流动，流量超过130×106m3/s (Nowlin et al.，1986)。传统认为，由于以东向运动为主的ACC的存在极大地阻碍了南大洋中上层的南北向物质和能量的交换，绕极流区的经向输运是非常小的。但是近些年的研究发现，穿过ACC的通量并不是可以忽略不计的，它对维持南极和亚南极区的动力和热力平衡起着重要作用，在全球气候系统中也有着深刻的影响(Doos et al.，1994)。     

对一个死亡扩张中心的调查:南极德雷克海峡菲尼克斯海岭

扩张作用停止和俘获俯冲小板块可能引起大的构造活动 ,如加利福尼亚Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ海岭西部的旋转作用和来自冈瓦纳古陆的新西兰陆块上升。南美和南极之间德雷克海峡的菲尼克斯—南极扩张中心残存体———菲尼克斯海岭可能在上新世相当长的时间曾经消亡。沙克尔顿和英雄断裂带之间的前菲尼克斯板块的小部分残体与南极板块相结合。南极环流汇入德雷克海峡阻碍了沉积物堆积 ,因此 ,只有古扩张轴显示在等深图中。１９９７～１９９８年 ,西班牙“ＢＩＯＨｅｓｐｅｒｉｄｅｓ”号调查船利用多波束回声测深仪获得了完整的菲尼克斯海岭海图资…     

普里兹湾附近绕极深层水和底层水及其运动特征

利用中国第15次南极科学考察科学考察队的CTD全深度观测资料(1998年11月至1999年2月),分析并讨论了普里兹湾以北的南大洋海域内,绕极深层水(CDW)和南极底层水(AABW)的物理特性及其空间分布.同时还与历史上其他学者的发现进行了比较.指出了在研究海域内,CDW在100～2000m之间从北向南扩展,其高温核(t>1.2℃)和高盐核(S>34.7)在75°E断面上最为深厚,向南扩展得最远;而AABW则在2500m以深由陆坡底部向北扩展,σ_θ>27.875的高密度水体在70°E断面上最为深厚,向北扩展得最远.此外还通过实测的CTD资料证实了CDW和AABW的经向环流特征,以及它们与迪肯流环(Deaconcell)、亚极地流环和深层流环的一致性.     

用TOPEX/POSEIDON高度计数据研究南极绕极流流域海面高度的低频变化

采用TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计 1 993年 1月— 2 0 0 0年 1 2月海面高度数据 ,研究包含了整个南极绕极流流系 (40°— 6 0°S)的海面高度低频变化。首先采用EOF分解方法获取南大洋时空分布的主要模态 ,前 3个EOF模态分别占总方差的 2 4 .8%、1 3 .8%和 1 0 .7%。然后采用EMD方法分别分析了各个EOF模态的时间系数曲线的组成成分 ,对南极绕极流海域的各种时间尺度变化给出了清晰的描述 ,对于不同尺度变化所占的比例得到了定量的结果。研究结果表明 ,EOF的各个模态不仅在形态上存在差异 ,而且具有相互独立的物理背景。EOF的第一模态主要体现了以太阳辐射冬夏差异形成的年周期变化 ,另一个显著的特征就是南极绕极流从 1 993— 2 0 0 0年海面的整体上升趋势。EOF的第二模态体现了陆地地形对南极绕极流的约束作用 ,同时也显示了ENSO过程对南极绕极流 ,特别是对南太平洋的海面高度变化的影响。EOF的第三模态则体现了南极绕极流对南大洋表面风场东西方向不均匀变化的响应。同时 ,本文的研究也证明了EOF与EMD方法联合使用对揭示大范围时空变化有重要的实际意义     

德雷克海峡上层海洋温度的年代际变化

采用经验模分解方法分析了德雷克海峡上层海洋温度的年代际变化特征.结果表明德雷克海峡上层海洋平均温度在1976-1986年以平均每年0.124 ℃的速度下降,而在1987-1998年以每年0.144 ℃的速度上升.与南方涛动指数的年代际时间尺度分量的相关性分析结果表明,热带太平洋海面气压场的变化对德雷克海峡上层海洋温度的年代际变化有一定影响.     

南印度洋绕极深层水的性质和空间分布以及南极绕极流的作用

利用世界大洋环流实验的南大洋观测温度、盐度和溶解氧资料,分析并说明了南印度洋绕极深层水的性质和空间分布特征,比较了30°E,90°E和145°E断面上温度、盐度和溶解氧的垂直分布及其异同,着重指出,在南印度洋的这3个不同经度断面上,绕极深层水和锋面的不同特征与南极绕极流越洋输运和南印度洋绕极深层水的经向运动有着密切的关系。实际上,绕极流的越洋输运是南大西洋与南印度洋之间以及南印度洋与南太平洋之间水交换的主要动力因素,对形成绕极深层水的物理性质的空间分布有着重要的作用。     

德雷克海峡上层热结构特征与锋的演变

本文利用1986～1987年中国第三次南极考察队“极地”号船横渡德雷克海峡时所收集的XBT资料,详细地描述了海峡上层热结构特征与成带现象,讨论了南极区(AAZ)中温度最小值层——T_min层的成因,分析了海峡中三条锋——亚南极锋(SAF)、极锋(PF)和大陆水边界(CWB)的特征与演变,给出了锋的基本特征量,并认为SAF位置南北移动不但与南极极锋区(APFZ)中的冷环存在有关,而且与SAF北面的双锋出现及其强度有关.     

南大洋环流动力学研究动态

本文基于南大洋环流研究最新资料，从资料来源、动力模式以及有待解决的问题几个方面较详细地阐述南大洋环流动力学研究动态。     

南大洋环流动力学研究动态

本文基于南大洋环流研究最新资料，从资料来源、动力模式以及有待解决的问题几个方面较详细地阐述南大洋环流动力学研究动态。     

卡里马塔海峡贯穿流与印尼贯穿流的相互作用

卡里马塔海峡贯穿流将中国南海的低盐水输运到爪哇海,与印度尼西亚贯穿流(印尼贯穿流)携带的西太平洋高盐水在印度尼西亚海(印尼海)交汇,二者通过混合、浮力强迫等过程相互作用.这改变了印度尼西亚海的水体热盐性质,影响局地海气交换和热带太平洋-印度洋之间的热盐交换.依据卡里马塔海峡、龙目海峡和望加锡海峡的实测表层海流数据,采用...     

均匀流中直立圆柱体绕流三维数值模拟

研究直立贯底圆柱体的三维粘性绕流问题。以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,采用有限体积法和SIMPLE算法,建立了数值模拟方法。考察在不同水平和垂直断面上,圆柱体绕流产生的尾涡和流动速度场的分布特性,成功地数值模拟了直立贯底圆柱体绕流场的三维特性。结果表明,在考虑重力影响的情况下,直立圆柱体周围的流动具有明显的三维特性,而且沿圆柱体轴向不同断面上的尾涡分布是不相同的。     

水团对吕宋海峡浮游植物群落结构的影响

根据2008年8月18日至9月19日在吕宋海峡3个断面获得的0~200 m层浮游植物数据,探讨了群落结构及其与不同理化性质水团的关系。本研究共鉴定浮游植物4门61属169种（包括变种、变型和未定种）,其中甲藻和硅藻物种数基本相当,各占所有物种数的50%左右;另记录了金藻门3属3种;蓝藻门1种。海区优势种为卡氏前沟藻Amphisdinium carterae、锥状施克里普藻Scrippsiella trochiodea、角毛藻Chaetoceros sp.和原甲藻Prorocentrum sp.。丰度范围是（0.08~9.48）×106个/m3,平均为1.448×106个/m3。甲藻占总细胞丰度的74.68%;硅藻占24.96%。在水平方向,B断面和C5站浮游植物丰度较高,甲藻主要分布于远离陆地的海峡中部,而硅藻主要分布于台湾岛和吕宋岛附近;浮游植物垂直分布主要在水体的0~50 m层。聚类分析并结合水文数据表明浮游植物基本可划分为3个类群,分别受南海水、黑潮水和混合水的影响。南海水与黑潮水交汇的锋面区域,具有较周围区域更高的物种数、水柱平均丰度及硅甲藻丰度比,体现出强烈的锋面效应。     

吕宋海峡纬向海流及质量输送

分析和计算了吕宋海峡PR21断面最近海洋调查的部分CTD资料和ADCP资料,再一次证明吕宋海峡常年存在纬向流。但对于天气尺度而言,该流型是多变的。根据高分辨率的海洋环流数值模式4a(1992～1996年)海平面高度(SSH)的输出值,运用地转关系估计了吕宋海峡纬向流的月平均值。研究表明;通过海峡流入、流出南海纬向流的深度一般达到500m左右,200m以上流速较大,平均流速为50cm/s,最大时达80cm/s以上。500m以下的纬向地转流流速较小,通常小于10cm/s.由大洋进入海峡的入流位置位于海峡的中部和南部,月平均入流最大值出现在11月,为50cm/s.位于海峡的北部和南部上层海洋的月平均出流,最大流速亦出现在11月,也为50cm/s,这与秋季北赤道流分叉位置最北(15°N),春季分叉位置最南(14°N)有关。上层流入、流出海峡的流量的月平均值分别约为10×106m3/s和5×106m3/s.当东北季风盛行时(从10月到翌年2月),流入海峡的流量远大于流出海峡的流量,两者的差可达8×106m3/s,而在其他季节两者的差仅为3×106m3/s.这说明东北季风盛行时,会有较多的水从南海南？     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

吕宋海峡內潮的季节变化特征及其对背景流的响应研究

基于2008年秋季至2009年夏季共9个月的锚定潜标流速资料,分析了吕宋海峡西南內潮的时空特征.谱分析结果显示,该观测点全日內潮和半日內潮较为显著,尤其体现在顺时针旋转部分.除春季第二模态占优外,全日內潮主在其余三个季节均以第一模态为主,而半日內潮呈现变化的多模态结构.此外,全日內潮的动能具有明显的季节差异,冬季能量最强,夏季紧随其后,而在春、秋两季能量最小.通过分析发现,非相干运动对此季节性特征起主要作用,它反映了內潮与背景场的相互作用.然而,半日內潮却没有显著的季节性差异,而且能量较全日內潮更小,尤其在冬季,只有全日內潮动能的三分之一.同时,半日內潮的不规则变化也是与多变的背景场相关的.半日內潮的非相干部分占到了半日內潮总能量的37%左右,而全日內潮更小一些,只有22.2%.     

不同雷诺数下倾斜圆柱绕流三维数值模拟研究

基于计算流体力学(CFD)开源代码OpenFOAM开展了不同雷诺数(Re=100、1500和3900)和倾斜角度(-60°≤α≤60°)工况下倾斜圆柱绕流流场的三维数值模拟,研究倾斜圆柱绕流的三维瞬时及时均尾流流场、流线拓扑、升阻力系数与旋涡脱落频率随雷诺数及倾斜角度变化的规律,探讨在顺流向及逆流向情况下独立性原则对倾斜圆柱绕流的适用性。研究结果表明:随着圆柱倾角的增大,倾斜圆柱尾流产生较为明显的轴向流,尾流旋涡脱落受到明显抑制,细碎旋涡逐渐消失,尾流宽度随之减小;随着雷诺数的增大,圆柱尾流涡管发生明显的变形,展向掺混使得大量细碎旋涡产生,呈现出明显的三维特性。在不同雷诺数下,阻力系数均值、升力系数均方根及无量纲涡脱频率在一定倾角范围内符合独立性原则。     

流核位置和流量变化对东海黑潮锋面弯曲影响的研究

本文运用简化的η坐标POM模式研究了东海黑潮锋面弯曲的产生与成长机制。主要考察了在给定的地形下,流核位置和流量变化对锋面演变的影响。当黑潮流核远离陆架时,因其锋区正好在陡的陆坡之上,斜压不稳定贡献减小,此时不论黑潮的流量强弱,其锋面都不会出现如观测所示的弯曲;当黑潮流核接近陆架时,因其锋区爬上陆架,斜压不稳定加强,小扰动能够充分发展并导致锋面弯曲,它的三维结构和观测的结果基本一致。平均波长约为250km,位相速度约为17km／d。扰动成长的主要机制是斜压不稳定,锋面弯曲的主要能源是平均有效位能。