中太平洋西部赤道流系的诊断计算

利用１９７９年“实践”号海洋调查船在１０°Ｓ—５°Ｎ，１７０°Ｅ—１７５°Ｅ海区的调查资料，对该海区的海流进行了诊断计算。计算结果表明：该海区存在北赤道逆流、南赤道流、南赤道逆流、赤道潜流和赤道中层流。另外，在赤道有一股强的上升流。由于该上升流的存在，使赤道潜流沿纬向发生弯曲：位于上升流西侧的潜流流轴降至３００ｍ水层深处，而东侧上升至１００ｍ左右的水层深处。此外，计算结果显示潜流核心位置并不正好位于赤道上，而是向北偏移约０．５°。在有实测海流的格点上，计算值与实测值基本一致。     

北赤道流分叉点及南海北部环流的研究进展

介绍了北赤道流分叉点、南海北部环流的一些研究成果,并就黑潮对南海的影响所作的研究进行了回顾.北赤道流分叉点的位置对于北赤道流系水体疏运变化及在黑潮和MC之间水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用.北赤道流分叉点位置约在14.6°N上,分叉点位置随深度增加而北移.分叉点有明显的季节变化和年际变化,在春、夏季向南移动,而在秋、冬季则向北移动.年际变化与ENSO现象相关紧密,在El Nio事件NEC分叉纬度处于最北端,在La Nio事件处于最南端.对于分叉点位置的定量化研究,仍然需要更多的观测结果进行研究.季风和黑潮是影响南海北部环流的两种主要因素.南海北部上层流场主要由广东沿岸流、黑潮入侵流套、东沙海流、南海暖流和吕宋海流组成.除海盆、次海盆尺度环流外,受季风、黑潮和地形等因素的影响,南海表现出多涡结构.通过近些年的卫星观测和数值模拟的结果,人们对南海中尺度涡的认识大大加深,但要想模拟出风应力形成涡的机制,还需要提高风场和模式的分辨率.由于观测资料的限制,对南海流场的垂直结构、以及春-秋季季风转相时期的流场结构等还研究得较少.吕宋海峡水交换是西太平洋对南海影响的主要途径.黑潮在吕宋海峡附近的形变一直是有争议的热点问题,目前对于黑潮入侵有3种观点:(1) 认为黑潮经过吕宋海峡形成流套结构,并分离出中尺度涡影响南海流场、水团结构;(2) 认为黑潮有一直接分支分离出来进入南海形成黑潮分支;(3) 认为吕宋海峡水交换不属于以上两种情况,西太平洋对南海的水团输送另有机制.北赤道流分叉点在对黑潮的水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用,黑潮对南海北部环流的影响可能与NEC的分叉点位置有关,但目前对NEC的分叉点位置与南海北部环流相关性的研究甚少.最后提出了对未来加强该方面研究的一些展望.     

南海上层经向翻转环流的低频变化

The low-frequency variability of the shallow meridional overturning circulation(MOC) in the South China Sea(SCS) is investigated using a Simple Ocean Data Assimilation(SODA) product for the period of 1900–2010. A dynamical decomposition method is used in which the MOC is decomposed into the Ekman, external mode, and vertical shear components. Results show that all the three dynamical components contribute to the formation of the seasonal and annual mean shallow MOC in the SCS. The shallow MOC in the SCS consists of two cells: a clockwise cell in the south and an anticlockwise cell in the north; the former is controlled by the Ekman flow and the latter is dominated by the external barotropic flow, with the contribution of the vertical shear being to reduce the magnitude of both cells. In addition, the strength of the MOC in the south is found to have a falling trend over the past century, due mainly to a weakening of the Luzon Strait transport(LST) that reduces the transport of the external component. Further analysis suggests that the weakening of the LST is closely related to a weakening of the westerly wind anomalies over the equatorial Pacific, which leads to a southward shift of the North Equatorial Current(NEC) bifurcation and thus a stronger transport of the Kuroshio east of Luzon.     

赤道太平洋西部的上层环流

讨论了赤道太平洋西部的上层海洋环流、结果表明：（１）棉兰老涡气旋式环流随着深度的增加而减小。由于埃克曼抽吸作用，它是一个低盐冷涡；（２）对棉兰老岛—巴布亚新几内亚岛之间穿越流的观测表明：该断而北部（５°—６°Ｎ）的Ｓ向流是棉兰老海流的Ｓ向延伸；Ｗ向的巴布亚新几内亚沿岸潜流可达该断而的东南部门（２°Ｎ一２°Ｓ）；北赤道逆流则在两者之间沿表层的盐度锋作Ｅ向流动。据此，赤道太平洋西部次表层盐度分布状况可得到圆满解释。关键词：     

对北赤道流分叉纬度变化规律的研究分析

关于北赤道流分叉研究的两类方法,即水文实测数据分析和数值模拟,其本身都因存在突出的问题而引起估算结果的偏差,致使相互结果差别很大.所以,如何找到一种高时空分辨率的数据或提出一个比较符合物理实际并得到实测数据验证的数值模式是研究赤道流分叉的关键.本文将利用从1992年10月到2004年12月高时空分辨率(时间分辨率:7d;空间分辨率:1/3°×1/3°)的卫星高度计数据,对北赤道流在表层的分叉进行研究,包括确定分叉点,求得其季节和年际变化的规律.     

沃克环流上升区赤道低空强西风带的分析

采用ＴＯＧＡ／ＣＯＡＲＥ国际合作考察期间（１９９２年１０月─１９９３年２月）获得的２６７次定点（２°Ｓ，１５５°Ｅ）定时高空大气探测资料，进行计算分析，发现１９９２年１２月─１９９３年２月低空存在一支西风急流，有两次分别持续半月之久，而１９９２年１１月的两次赤道西风急流，因无赤道高空急流配合，仅持续２ｄ便消失。本文还指出：（１）赤道低空西风急流是各种海－气指数产生ＥＮＳＯ异常的重要信息；（２）赤道高空急流有滞后赤道低空急流２ｄ左右的响应关系；（３）赤道低空急流是纬向水汽输送的狭窄通道。     

基于Argo浮标的西北太平洋环流特征分析

基于2004 年1 月～2009 年12 月月平均Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)温盐格点资料, 结合P-vector 方法重构了西北太平洋绝对地转流, 重点分析了西北太平洋环流时空变化特征。结果表明, 基于Argo 资料西北太平洋三维结构特征与以前的研究结果是一致的。与WOA09(World Ocean Atlas 2009)计算的纬向流相比, Argo 资料计算的纬向流要偏大。北赤道逆流(NECC)、北赤道流(NEC)、黑潮再生流(KCC)和黑潮延伸体(KE)都有明显的季节和年际变化。NECC 和NEC 基本上呈现春强秋弱的季节变化特征, KCC 和KE 的季节特征与NECC 和NEC 存在反相关系。NECC 和NEC 表现出周期为1～2 a 的年际信号, KCC 和KE 为非周期性的年际信号。表层NEC 流核所在位置以及NEC南边界位置都有南移的趋势。另外, NEC、KCC 和KE 的流量也呈逐渐增大的趋势。     

跨赤道经向流的不稳定性

利用法国AVISO(Archiving,Validation And Interpretation Of Satellite Oceanographic Data)海平面异常数据,通过小波分析发现在索马里海流范围内比内区多存在一个30d周期的振荡,其可能原因是跨赤道流的不稳定。使用一个简单的等值浅水模式,在跨赤道背景流的情况下,分析了其中扰动的周期和不稳定性。通过将扰动速度利用Weber函数展开后保留前四阶,获得了频散关系。结果表明,在此区域有一类增长型的短波,其频率接近30天,这一结果与观测相近。     

赤道大洋驻波异常及其年际变化的理论分析

本文采用赤道β平面近似下的线性化正压扰动方程组,引入约化重力加速度后,得到了赤道驻波异常的解析解,给出了此解的计算结果,并与实际热带太平洋和印度洋流场异常复EOF分析的模态做了比较,得到以下主要结论：赤道驻波异常的模态1,其流场异常在整个大洋为半波,呈一致的纬向流;流场异常在热带大洋中部最大,并向赤道南北两侧迅速衰减,其被限制在赤道两侧约2º的范围内。赤道驻波的模态2,其流场异常在整个大洋为1波,在大洋东、西部纬向流的流动方向相反,流场异常向赤道南北两侧衰减的程度同模态1。赤道驻波异常分别满足南北走向的东、西海岸边条件。决定赤道驻波异常在赤道两侧衰减程度的系数,其仅与约化重力加速度和上层海水标准深度之乘积的平方根值成反比;当该值取得相同时该衰减程度也相同。赤道驻波异常的振荡频率与模态序号及上述平方根值成正比,与热带大洋宽度成反比;模态序号越低,该宽度越大,则该频率越低,相应振荡周期也越长;模态1的振荡周期最长。当取各参数为典型值,并取模态序号为1,再分别取热带太平洋和印度洋的宽度时,对赤道驻波异常计算的结果表明,其与实际相应海洋上层流场异常复EOF分析中得到的第一模态空间分布和年际变化相一致;这意味着此复EOF分析第一模态的本质是赤道驻波异常,这也表明该驻波异常在实际大洋中确实存在,并推断该驻波异常是ENSO和印度洋偶极子的形成机制之一。     

冬、夏季印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化

利用50 a的SODA资料对1月(冬季)和7月(夏季)印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化进行研究。通过对2类典型年份的合成分析指出:1月份正异常年对应的经向翻转环流偏强,向北的经向热输送增加;7月份正异常年对应的经向翻转环流则偏弱,向南的经向热输送减少;1月份和7月份的负异常年皆与其正异常年相反;越赤道经向翻转环流有明显的年际变化,平均周期在4 a左右;经向翻转环流的年际变化和海面风场的变化密切相关。提出了反映1月和7月此环流年际变化的几个指数。     

黄、东海环流的数值研究Ⅱ潮及潮致环流数值模拟

该文中数值模拟了黄、东海陆架区的四大天文潮及其潮致拉格朗日环流。运用“流速分解法”将线性三维分潮波问题化为一个分潮潮位及深度平均流的二维问题和一个流速垂向剖面问题求解。其二维问题的底摩擦系数由三维模式导出 ,所导得的线性底摩擦力公式更符合物理意义 ,且避免一般二维模式中底摩擦力的经验假定。结果表明 ,三维模式完全可以通过准二维方法求解 ,以避免一般三维问题的繁重计算     

边界条件对北太平洋海盆尺度环流模式的影响

采用Stevens开边界条件,将一个闭边界海盆尺度环流模式改造成开边界模式,对20°S以北太平洋大尺度环流进行了系统模拟。考察了开边界和不同等密面扩散系数对北太平洋环流和温盐结构的影响。模式较好地再现了太平洋大尺度环流特征,模拟出了表层赤道流系(包括北赤道流、黑潮和北太平流)以及对应的顺时针环流,同时还较好地反映了温盐场的基本分布特征。从年平均的纬向平均温度和盐度的断面分布可以看出,温跃层深度呈“W”型分布,在亚极地海区有一个梯度比较大的盐度锋区。南边界打开后使得模拟的北太平洋中层水温度和盐度更低,低盐水舌加深和向南延伸加强,更加接近观测值。增加沿等密面扩散系数后得到的中层水强度更大,尤其是34.6等盐线更接近观测资料。质量输运流函数分布表明,赤道两边各有一个翻转区,亚极地地区也存在一个浅的翻转区,打开南边界可以消除因为闭边界存在产生的假的下沉流,这些都为将来进行示踪物模拟打下基础。     

一种基于相对梯度法的海水温度分层模型

提出了一种以海表面温度为输入参数的海水温度分层模型。以2005—2012年的Argo气候态数据集与Argo浮标数据为基础,采用相对梯度法对海水温度垂向结构进行了分层,并据此获取了各层拟合方程所需的参数,包括:混合层深度、混合层梯度、温跃层上界深度、温跃层下界深度、深层大洋起始深度以及方程拟合系数。本文通过世界大洋数据库09版的CTD、XBT实测剖面数据对模型进行了检验。检验结果表明,该模型可以有效地对海水温度结构进行模拟,特别是400m以上的中上层大洋。模拟结果的总体均方根差(RMSE)为0.778℃,而在水深400m以上的中上层区域误差为0.494℃。     

Contributions of shortwave radiation to the formation of temperature inversions in the Bay of Bengal and eastern equatorial Indian Ocean: A modeling approach

Variations in incoming shortwave radiation influence the net surface heat flux, contributing to the formation of a temperature inversion. The effects of shortwave radiation on the temperature inversions in the Bay of Bengal and eastern equatorial Indian Ocean have never been investigated. Thus, a high-resolution (horizontal resolution of 0.07°×0.07° with 50 vertical layers) Regional Ocean Modeling System (ROMS) model is utilized to quantify the contributions of shortwave radiation to the temperature inversions in the study domain. Analyses of the mixed layer heat and salt budgets are performed, and different model simulations are compared. The model results suggest that a 30% change in shortwave radiation can change approximately 3% of the temperature inversion area in the Bay of Bengal. Low shortwave radiation reduces the net surface heat flux and cools the mixed layer substantially; it also reduces the evaporation rate, causing less evaporative water vapor losses from the ocean than the typical situation, and ultimately enhances haline stratification. Thus, the rudimentary outcome of this research is that a decrease in shortwave radiation produces more temperature inversion in the study region, which is primarily driven by the net surface cooling and supported by the intensive haline stratification. Moreover, low shortwave radiation eventually intensifies the temperature inversion layer by thickening the barrier layer. This study could be an important reference for predicting how the Indian Ocean climate will respond to future changes in shortwave radiation.     

海水中硼的测定方法

介绍了海水中硼的测定主要方法,包括容量法,分光光度法、极谱法、光谱法、离子选择电极法等及其研究进展。     

黄、东海环流的数值研究Ⅰ. 黄、东海环流的数值模型

首先依据拉格朗日环流理论与黄、东海的环流物理和几何特征建立一个黄、东海环流的动力学统一模型 ,并按其无因次方程的量阶分析获得其零阶和一阶模型方程。最后依此模型方程的数学、物理特征确立了流速分解方案 ,从而形成完整的黄、东海拉格朗日环流数值模型。该课题组已完成较系统地对黄、东海环流的数值研究。该篇论文为系列报道之首篇。     

Cycling the Representer Method for 4D-variational data assimilation with the Navy Coastal Ocean Model

The Cycling Representer Method, which is a technique for solving 4D-variational data assimilation problems, has been demonstrated to improve the assimilation accuracy with simpler nonlinear models. In this paper, the Cycling Representer Method will be used to assimilate an array of ADCP velocity observations with the Navy Coastal Ocean Model (NCOM). Experiments are performed in a high-resolution Mississippi Bight domain for the entire month of June, 2004 and demonstrate the usefulness of this assimilation technique in a realistic application.The Representer Method is solved by minimizing a cost function containing the weighted squared errors of velocity measurements, initial conditions, boundary conditions, and model dynamics. NCOM, however, is a highly nonlinear model and in order to converge towards the global minimum of this cost function, NCOM is linearized about a background state using tangent linearization. The stability of this tangent linearized model (TLM) is a very sensitive function of the background state, the level of nonlinearity of the model, open boundary conditions, and the complexity of the bathymetry and flow field. For the Mississippi Bight domain, the TLM is stable for only about a day. Due to this short TLM stability time period, the Representer Method is cycled by splitting the time period of the assimilation problem into short intervals. The interval time period needs to be such that it is short enough for the TLM to be stable, but long enough to minimize the loss of information due to reducing the temporal correlation of the dynamics and data. For each new cycle, a background is created as a nonlinear forecast from the previous cycle’s assimilated solution. This background, along with the data that falls within this new cycle, is then used to calculate a new assimilated solution. The experiments presented in this paper demonstrate the improvement of the assimilated solution as the time window of the cycles is reduced to 1 day. The 1-day cycling, however, was only optimal for the first half of the experiment. This is because there was a strong wind event near the middle of June that significantly reduced the stability of the 1-day cycling and caused substantial errors in the assimilation. Therefore, the 12-h cycling worked best for the second half of the experiment. This paper also demonstrates that the forecast skill is improved as the assimilation system progresses through the cycles.     

渤海湾水位、流场的一个数值预报模式

本文利用普林斯顿海洋模式(POM),建立了渤、黄海风增水预报模式和渤海湾水位海流预报模式;利用正交曲线网格提高重点区域的分辨率;采用美国海洋大气局(NOAA)全球预报风场和气压场作为模式表面强迫场,将计算域边界上的天文潮预报值与风增水模式预报的余水位相叠加构建模式的边界条件,在正压条件下,模拟了渤海湾2002年的水位流场过程。结果表明,模式能够较好地再现计算域内天文潮和综合水位的预报,域内10个潮位站模式与实测分析的m1和M2分潮的振幅与迟角差均不超过5.1cm和6.3°,15个潮流站模式与实测分析的m1和M2分潮流的振幅与迟角差均不超过7.5cm/s和15.8°,模式预报的水位值与塘沽站实测值非常接近,预报精度较单纯的天文潮预报有明显提高。