东海西北部中层冷水垂直热结构数值预报方法研究 I.一维数值预报模式

文中，以水温垂直剖面的自模性将其由T－Z分布变为θ-η剖面为基础，在考虑海面加热，忽略热平流效应和来自海底的热通量情况下，将海洋分为4层，并在各层内利用其自模函数的积分趋于常量的特性，对引入自模函数的热传导方程进行推导运算，导出描述含中层冷水垂直热结构7个特性量的闭合方程组。当解得这些特征量之后，代入含有自模函数的温度表达式，即获得预报的整个水温剖面。为了检验模式的功能，我们利用东海西北部海域中27个测站，以5月5日和5月10日实测的特征量作为初值，分别试报了5月10日和5月15日的特征量及水温剖面。试报的结果表明：试报特征值和温度剖面与其实测值之间的平均绝对误差，特征温度小于或等于0.23℃，特征深度小于或等于1.18m，而水温剖面小于或等于0.20℃。由此可见，试报的效果是令人满意的。     

东海西北部中层冷水垂直热结构数值预报方法研究 Ⅱ.三维数值预报模式

根据含中层冷水海洋垂直热结构的特征,将其分为4层,并考虑来自海面的热力和动力强迫因子、水层界面剪切应力和卷挟热交换、热平流、混合及地形影响等条件下,从原始动量、连续方程组及热传导方程出发,对整个海洋和各水层分别进行垂向积分,导出相应的描述风生界面起伏、各水层平均流场和温度场的闭合方程组.当解得各水层的平均温度场T_k(k=1,2,3,4)后,根据Tk与对应水层界面特征温度间的关系获得后者,最后通过水温剖面表达式获得含中层冷水海洋的三维热结构.为了检验本模式的功能,以时效为5d试报了5月15日研究海域的三维热结构,并将试报结果与实测值进行了比较.结果表明,试报水温的均绝误差为025℃,效果令人满意.     

东海西北部海域中层冷水的初步分析

海洋里很多地方都有中层冷水(中层低温水)存在,它与海水中声波传播的特性以及鱼群洄游等关系密切,所以,很早以前就引起了海洋学者的重视。例如,早在1929年,H.H.Зyσo?就研究并解释了极地海区中层冷水的形成原因。1945年,他又进一步阐述了这一问题,指出:“中层冷水是由冬季垂直环流和夏季海洋表层的加热而形成的;它在春、夏季节出现于盐度垂直梯度极大的中、高纬度海域”。由于海洋学者们的努力,目前关于大洋和深海中中层冷水的特征及其成因,已研究得较为清楚。 东海西北部(28°-32°N,124°E以西)海域,位于陆架区,对这一海域的水文状况,特別是关于水团分布和跃层现象等问题,近二十余年来已进行过许多研究但对中层冷水则研究尚少。毛汉礼等在研究中国近海温、盐、密度的跃层现象时曾指出,在江浙外海水域。于2-4,5月间出现逆温跃层。从实质上说,这已涉及到本文所讨论的中层冷水问题。中国科学院海洋研究所1960年的调査报告中曾指出,在东海西北部海域存在着温度较表层和深层为低的中层低温水。1961年“金星”号调查结果证实,在东海西北部的广大海域内,存在着温度较其上、下层为低的水层;根据这次调查资料写成的调查报告,将其称为“中层冷水”,并认为:“中层冷水主要是由于南黄海冷水分支南下时,其上层受长江冲淡水以及太阳辐射的影响水温增高,而深层则受到北上的台湾流水的抬托而形成的”。为了进一步了解中层冷水的特征及其演变规律,“金星”号于1962-1964年的春季,又相继进行了几次专题性的调查。 本文根据1958-1965年间的有关资料,试图对东海西北部海域中层冷水的特征及其变化进行分析,并初步探索其成因。     

东海西北部中层冷水的成因

根据1959—1996年4—6月存在中层冷水的28°～30.5°N,124°E以西海域的温、盐、密度资料,对中层冷水的特征,深度与盐、密度跃层的配置及中层冷水的存在和发展与表层热含量和底层盐含量间的关系进行了分析。指出:中层冷水是存在于密跃层之中,高密度(台湾暖流)水的浮力效应使其叠置于它的上方;在春季,表层热含量和表征台湾暖流的底层盐含量的同步提加,提高了密度跃层的强度,是中层冷水得以维持的重要因素。中层冷水核心的温度与其对应冬季表层温度间的相关分析及三维流场的数值模拟结果揭示,研究海区中层冷水的来源为:(1)当地冬季表层水(南下黄海表层水与东海表层水的混合水)冷却对流;(2)几种水组成的浙闽沿岸水于冬季下沉和向东伸展。     

东海西北部中层冷水特征的时空变化

根据1959～1996年3～6月水温资料,按30'×30'方区统计计算了东海西北部中层冷水的8个示性特征值,并绘制了平面分布图.分析结果表明,东海西北部中层冷水于3月出现,4月形成,5月达到盛期,6月消衰,其生消规律具有明显的季节性;其出现的海区为28°～31°N,124°E以西(即台湾暖流路径)海域,具有明显的地域性.示性特征的时-空分布变化反映出:在形成期,地域性表现充分;在消衰期,反映出中层冷水下方的台湾暖流对它的影响明显;而在盛期,示性特征则为上述的过渡型.这为探讨海洋热、动力因子对其生消机制的影响奠定了实验基础.     

南黄海西部中层冷水垂直热结构的自模性

利用在水温垂直剖面无因次自模函数研究海洋垂直热结构方面的经验，对含中层冷水垂直热结构海水水温的正、负梯度层，提出了2种无因次温度和深度表达式，然后利用实测资料按单站和整个研究海区分别拟合了自摸函数θ＝f(η）。回算检验结果表明，用上述自模函数回算水温的平均均方误差均小于0．15℃，证明了含中层冷水的垂直热结构亦存在自模性，所提出的无因次经验表达式具有可靠性，纠正了认为自模函数的建立仅适用于单跃层结构的观点，并为进一步建立黄海中层冷水垂直热结构数值预报模式奠定了实验基础。     

南黄海西部中层冷水垂直热结构的自模性

利用在水温垂直剖面无因次自模函数研究海洋垂直热结构方面的经验 ,对含中层冷水垂直热结构海水水温的正、负梯度层 ,提出了 2种无因次温度和深度表达式 ,然后利用实测资料按单站和整个研究海区分别拟合了自模函数θ =f(η)。回算检验结果表明 ,用上述自模函数回算水温的平均均方误差均小于 0 .1 5℃ ,证明了含中层冷水的垂直热结构亦存在自模性 ,所提出的无因次经验表达式具有可靠性 ,纠正了认为自模函数的建立仅适用于单跃层结构的观点 ,并为进一步建立黄海中层冷水垂直热结构数值预报模式奠定了实验基础     

黄海,渤海水温垂直结构数值预报方法研究：Ⅰ.一维数值预报模式

本文根据历史水温资料分析建立无维温度θＴ和无维深度η，进而建立水温垂直剖面的无维自模函数θＴ＝ｆ（η）。在此基础上，利用热传导方程在忽略平流和侧向涡动效应条件下建立描述表层水温，底层水温和上均匀层厚度的一维模式。     

黄、渤海水温垂直结构数值预报方法的研究——Ⅰ.一维数值预报模式

文中根据历史水温资料分别建立无维温度θ_T和无维深度η,进而建立水温垂直剖面的无维自模函数θ_T=f(η)。在此基础上,利用热传导方程在忽略平流和涡动效应条件下建立描述表面水温(T_s)、底层水温(T_H)和上均匀层厚度(h)的一维模式。文中,利用本模式试报了(时效为5、10、15d)南黄海20个站的T_s、T_H、h、温跃层厚度和强度等,结果是令人满意的。     

A study on the numerical prediction method for the vertical thermal structure in the Bohai Sea and the Huanghai Sea-Ⅰ. One-dimensional numerical prediction model

In this paper,on the basis of the heat conduction equation without consideration of the advection and turbulence effects,one-dimensional model for describing surface sea temperature (T_s),bottom sea temperature (T_h) and the thickness of the upper homogeneous layer (h) is developed in terms of the dimensionless temperature θ_T and depth η and self-simulation function θ_T-f(η) of vertical temperature profile by means of historical temperature data.The results of trial prediction with our one-dimensional model on T_s,T_h,h,the thickness and gradient of thermocline are satisfactory to some extent.     

A study of numerical model equations of circulations in East China Sea

Recently many authors have attepmted to model circulations in East China Sea by numerical means, for example, Xi et al^1),2). (henceforth Ref.[1] is referred to as A and[2] as B respectively), Yuan et al. and Chio. We had raised questions in regard to the correctness of the governing equations used in A, as well as their choice of boundary conditions. Comparing numerical solution of A with that of B which employed a correct form of governing equations (but with an incorrect value for the bottom friction coefficient), B asserted that the governing equations used in A were correct. It is, therefore, appropriate to have a discussion on the formulation of proper equations.     

东海海域溶解氧垂直分布最大值的分析研究

本文讨论了１９８７年５～６月东海海域溶解氧垂直分布及其氧最大值分布特征。结果表明，春末在东海北部、中部的中层存在明显的溶解氧垂直分布最大值。氧最大值与冷水同存。本文对氧最大值及垂直结构与冷暖水入侵和温跃层关系进行了初步分析     

南海北部中层水盐度时空变化及盐量输送研究

为探讨南海北部中层水盐度的时空分布特征及与外海水的交换,选用1871—2010年共140年的月平均海洋同化数据(SODA2.2.4),利用EOF、小波等分析方法,分析南海北部中层水盐度的时空分布、变化周期、盐通量等特征。结果表明:(1)南海北部中层水的盐度月际变化特征为:1—3月,南海北部中层水受到越南东部沿岸向东北方向延伸出的高盐舌的影响(>34.45 psu),盐度偏高,中部盐度较低;4月南海北部中层水的盐度分布均一,盐度范围在34.40~34.45 psu;5—8月,夏季南海北部的中层气旋式环流将北太平洋中层水(North Pacific Intermediate Water,NPIW)携带至南海中部,在南海中部偏北形成一低盐水团(<34.42 psu),并在此时间段内低盐水团逐渐向东北方向移动,直至9—10月,上述低盐水团与NPIW混合;11—12月,NPIW东撤,收缩至吕宋海峡西北侧。(2)过去140年,南海北部中层水的盐度值波动上升,其中,1985年中层水盐度值最高,可能与当年夏季风爆发早且强有关。1963—2002年,存在较强的16~21 a的周期性,小波系数的实部正相位的峰值和负相位的谷值所对应的年份,与ENSO冷事件具有较好的对应。(3)对EOF第一模态分析显示,整个研究海域为单极子变化特征,呈一致性变化。第二模态的空间分布呈偶极子形态,一正一负相位中心沿NW-SE走向对称分布。(4)南海北部中层水全年的净盐通量均由南海向东流入太平洋,夏季最少,冬季最多。1871—2010年的140年间,中层水的盐通量一直处于下降的趋势,下降的趋势十分缓慢。     

东中国海HYCOM模式垂向坐标对比研究

基于挪威南森环境遥感中心改进的NERSC-HYCOM 模式, 利用单向嵌套技术与欧洲中心提供的2008 年ERA-I 高分辨率强迫场针对东中国海及其邻近海区进行了不同垂向坐标配置的四个敏感性试验。通过分析东中国海区域的温度、盐度, 流速的分布和变化, 探讨了HYCOM 模式中不同垂向坐标设置对东中国海近岸区域的影响以及黑潮流速及路径对不同坐标设置的响应, 期望对HYCOM 模式更深入的研究提供参考。结果表明: (1)在东中国海区上层并不适于采用等密度坐标方案, 也就是说应该采用z坐标或σ坐标用以表征此处混合层的季节性变化特征; (2)针对东海大陆架区给出了10 个位置上的模式与浮标观测资料的温、盐平均误差(ME)、均方根差(RMS)及相关系数(R)指标, 发现对于不同区域, 每种试验的适用性都不同; (3)使用高频资料时, 模拟的流速普遍偏高, 东海黑潮冬夏路径的异同指出了σ-z-iso 与z-iso 试验模拟效果较好, 但模拟的日本岛南岸的弯曲流场位置偏南; 而z-only 试验模拟的日本岛以南的黑潮路径是有所改观的, z坐标的分辨率对表层的黑潮路径影响很大; σ-only 试验模拟的整个黑潮路径的效果最差。     

南海18°N断面中层水的年代际变化

利用中国科学院南海海洋研究所历史温盐剖面观测资料和WOD09(World Ocean Database2009)中的CTD、OSD、PFL温盐剖面资料,分析了1965-2012年间南海18°N跨海盆断面中层水的变化特征。研究结果表明:中层水平均盐度呈现显著的年代际变化,20世纪60年代中期至70年代末,中层水平均盐度约为34.432,80年代盐度增加至34.440,90年代之后至今盐度明显降低;在年代际尺度变异调制下,不同年代中层水盐度变化有不同的变化趋势,1967-1977年呈现显著的下降趋势,1990-1997年中层水盐度从34.450迅速降为34.414,而在1997年之后表现出明显上升趋势,与此同时,中层水温度有着相似的变化特征,与90年代之前相比,21世纪以来温度与盐度同步下降,并且变化幅度变小。与大洋的中层水团年代际变异相比,南海18°N断面中层水呈现出与大洋不同的特征。另外,中层水盐度有着十分显著的年际变化,其振幅远大于年代际尺度变异,并且与ENSO密切相关,在厄尔尼诺年达到极小值。