基于卫星漂流浮标的南海表层海流观测分析

基于1989~2013年的卫星跟踪漂流浮标资料和1993~2012年的卫星高度计资料,分析了南海表层流场,给出南海各季节多年平均的实际流场和地转流场结构,对南海实际流和地转流的季节变化特征进行了初步探讨,并比较了南海各季节表层实际流场和地转流场的异同。结果表明,南海海域各季节上层环流结构与海域季风关系密切,实际流场和地转流场总体均呈现显著的季节变化特征。通过比较发现,在夏、秋、冬这3个季节,实际流场和地转流场大的环流形势特征基本相同,中小尺度的环流特征有所差别;在春季,两者则呈现出相反的环流特征,环流特征差异明显。     

基于Argo历史观测的南海海盆尺度中层流场研究

针对南海海域海流环境复杂、中层实测数据量少的现状,本文基于2006-2016年布放在南海海域的114个Argo剖面浮标的卫星定位等信息,采用基于背景流和惯性流外推的最小二乘方法,获取南海海域1 200 m深中层流场信息,并采用Divand变分插值的方法形成网格化季节流场。结果表明:（1）针对南海中层（1 200 m）流场,单个Argo浮标可以刻画出具体的中尺度结构,如越南沿岸的反气旋涡,半径约为120 km,最大流速约为9.6 cm/s,平均流速为5.3 cm/s;（2） Argo网格化流场表明海盆尺度中层流场南海南部为反气旋环流结构,北部为气旋式环流,同时在吕宋海峡口存在从南海至太平洋的水体交换;（3）将该流场信息与HYCOM和YoMaHa'07两种资料对比,吻合度较高,与HYCOM再分析资料的偏差分布趋近于正态分布,海流的东西向分量的均方根误差为3.28 cm/s,南北向分量的均方根误差为3.26 cm/s。总体而言,利用Argo轨迹资料能够有效地反演出南海地区海盆尺度的中层环流特征。     

潮流场永久预报方法及应用

本方法的特点是以一个假想的引潮天体来代替月球和太阳的引潮作用．用该引潮天体星下点处的引潮力作为预报指标，对海区的整个潮流场进行计算与预报。在本方法中，把潮流场分为两种类型：把周日不等最弱的流场，称为Ⅰ型流场；把周日不等最强烈的流场，称为Ⅱ型流场。介于这两者之间的流场，则为过渡性的流场，流场的周期是与星下点处引潮力的周期相同。本方法已运用于渤海和北黄海．提供了该海区的表层流场永久预报图，并成功地进行过多次预报。     

南海大尺度动力场年循环和年际变化

应用COADS风应力、Levitus温度资料，描述南海上层海洋动力场的年循环及其与热力场之间的关系和南海大尺度动力场的年际变化。针对冬、夏2个季节，分析Sverdrup环流场与上层海温之间的关系。研究发现，上层海温变化与上层海洋环流基本结构非常相似，即上层海温变化在一定程度上反映了南海Sverdrup平衡，而且随着浓度的增加，平均海温场与流函数场之间的对应关系更好。本文还着重分析了El Nino期间和La Nina期间的南海异常流函数场。研究发现，异常流函数场在El Nino期间的夏季主要是强化南海自身的环流结构，即强化南部反气旋式涡流（gvre)和强化北部气旋式涡流；冬季则削弱整个南海的气旋式流场。LaNina期间对夏季环流态的影响主要集中在南海北部，即削弱北部气旋式涡流，而对于南海南部的影响甚微；冬季则强化整个南海的气旋式流场。     

吕宋海峡流场季节变化的数值模拟

基于海洋模式HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model),利用大小区嵌套技术,分别对全球海洋和西北太平洋进行了网格嵌套数值模拟,研究了吕宋海峡海域环流场的季节性变化。考虑全球海洋环流影响的西北太平洋模式,成功地刻画了黑潮的流结构及季节变化。吕宋海峡海洋环流流场在不同深度处差异较大,存在着明显的季节变化。黑潮入侵南海主要发生在500m深度以上,冬季最明显,夏秋两季不明显。在500m层常年存在一支南海暖流流入西北太平洋,在800m层南海暖流消失。一年四季黑潮主要通过吕宋海峡的南部和中部进入南海。1 000m层流场表明,黑潮主要通过吕宋海峡的中部入侵南海。在800~1 000m处主要是黑潮水流入南海。     

南海冬、夏季环流的三维数值模拟

本文利用一个斜压三维陆架海模式——HAMSOM模式对12月份和8月份的南海环流进行数值模拟,结果为:对上层流场,在12月份,在西沙群岛－中沙群岛海区间呈现一个气旋式环流,在越南中部东岸存在一支南向西边界流,在金兰湾的远海为一局地反气旋涡,在南海南部,主要表现为万安滩的气旋式大弯曲(气旋涡)及在北康暗沙北侧的反气旋涡;在8月份,在东沙群岛－中沙群岛－吕宋岛西侧海域间存在一大尺度的气旋涡,在南海西部主要表现为以西沙群岛南部的气旋涡与金兰湾－礼乐滩间的反气旋式大环流相对峙的局面,同时在万安滩东侧有－气旋涡.由于斜压效应、底形效应的作用,使冬、夏季的南海南部中层流场几乎与上层流场相反.     

南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统

应用科学计算可视化新技术，结合动力海洋学，计算数学，计算机图形学和计算机技术，以能通用３８６微机作支持硬件系统，用ＭＳＦＯＲＴＲＡＮ语言，汇编语言和图形核心系统（ＧＫＳ）软件包，研制开发出南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统。该系统不仅能够利用南海风场和流场资料，按所选定的海上溢移扩散预测微机视算系统。该系统不仅能够利用南海风场和流场资料，按所选定的海上溢油漂移扩散计算模式模拟计算出海面溢油浓度分     

南海上层环流对季风转变的响应

通过利用一个分区性的正压、斜压衔接模式，重点考察了南海环流对于以不同方式变化的季风转变时的响应。结果表明：（1）个别数值试验结果基本上反映了实测得到的南海流态；（2）对于不同方式变化的季风转变，在季风过渡时期的南海流场的调整有较大的差别，但在过渡之后最终的流场基本结构则是一致的；（3）当冬季风向夏季风转变时，在南海南部经常会产生一些涡旋群，向夏季流场转化尚需较长的一段时间来调节；而当夏季风向冬季风转变时，在南海南部的流场迅速向冬季流场转变。     

El Ni?o 事件期间南海环流的异常特征

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNio事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与Nio3.4_NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986—2008年间ElNio年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNio事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNio事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[+1],南海夏季流场强度都被削弱了。     

ANOMALOUS CHARACTERISTICS OF THE OCEAN CIRCULATION IN SOUTH CHINA SEA DURING THE El NINO EVENTS

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNino事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与ElNino3.4_4NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986--2008年间ElNino年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNino事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNino事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[＋1],南海夏季流场强度都被削弱了。     

北太平洋北部的风能输入门户

风不仅驱动了上层海洋的环流,也是深层海洋运动的主要能量来源.本文主要研究了北太平洋北部的风能输入的季节性分布特征和年际变化趋势,包括风向表面波、表层地转流和表层非地转流的能量输入.基于SODA3数据的结果表明,风能输入门户随季节变化显著,其中黑潮延伸区是冬季门户,副极地流涡是春、秋季门户,大洋东边界则是夏季门户,能量输...     

Ocean-atmosphere momentum coupling in the Kuroshio Extension observed from space

Using a combination of Quick Scatterometer (QuikSCAT), Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System (AMSR-E), and Lagrangian drifter measurements, we demonstrate that wind data alone are not sufficient to derive ocean surface stress (momentum flux) over mid-latitude ocean fronts, specifically the Kuroshio Extension. There was no continuous and large-scale stress measurement over ocean until the launch of the scatterometers. Stress had been derived from winds through a drag coefficient, and our concept of stress distribution may be largely influenced by our knowledge of wind distribution. QuikSCAT reveals that the variability of stress could be very different from wind. The spatial coherence between the magnitude of stress and sea surface temperature (SST), between the divergence of surface stress and the downwind SST gradient, and between the vorticity of stress and crosswind SST gradient, are the inherent characteristics of stress (turbulence production by buoyancy) that would exist even under a uniform wind field. The coherence between stress vorticity and SST gradient is masked by the rotation of ocean currents over the Kuroshio meanders. Surface stress rotates in the opposite direction to surface currents because stress is the vector difference between wind and current. The results are in agreement with a previous study of the Agulhas Extension and confirm the unique stress measuring capability of the scatterometer.     

基于卫星遥感数据的全球表层流场反演重构

利用2000~2008年的卫星高度计资料和QuikSCAT风场资料,反演了全球的海表的地转流和Ekman流,将两者合成后生成了0．5°×0．5°的逐周全球表层流产品。在计算Ekman流的时候,引入了权重函数,改进了Lagerloef方法中Ekman流在25°S和25°N上的不连续问题。分析表明：卫星资料反演的流产品能够反映出海表流场的特征,将其分别于TAO观测和SGUD流产品进行定量化的比较显示,所得流产品具有较高的反演精度和可信度,说明改进的方法是有效的。     

Coupling winds to ocean surface currents over the global ocean

A Wind stress–Current Coupled System (WCCS) consisting of the HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) and an improved wind stress algorithm based on Donelan et al. [Donelan, W.M., Drennan, Katsaros, K.B., 1997. The air–sea momentum flux in mixed wind sea and swell conditions. J. Phys. Oceanogr. 27, 2087–2099] is developed by using the Earth System Modeling Framework (ESMF). The WCCS is applied to the global ocean to study the interactions between the wind stress and the ocean surface currents. In this study, the ocean surface current velocity is taken into consideration in the wind stress calculation and air–sea heat flux calculation. The wind stress that contains the effect of ocean surface current velocity will be used to force the HYCOM. The results indicate that the ocean surface velocity exerts an important influence on the wind stress, which, in turn, significantly affects the global ocean surface currents, air–sea heat fluxes, and the thickness of ocean surface boundary layer. Comparison with the TOGA TAO buoy data, the sea surface temperature from the wind–current coupled simulation showed noticeable improvement over the stand-alone HYCOM simulation.     

Imagery of the inhomogeneities of currents on the ocean surface state

The influence of inhomogeneities of surface currents on the intensity of breaking wind waves is considered and a model for the relation between whitecap contrasts and the tensor of current gradients is developed. The imagery of typical patterns of ocean currents is discussed. The results of field observations supporting this model are given.Translated by Mikhail M. Trufanov.     

基于海面多普勒谱模型的海浪反演精度分析

Microwave remote sensing is one of the most useful methods for observing the ocean parameters. The Doppler frequency or interferometric phase of the radar echoes can be used for an ocean surface current speed retrieval,which is widely used in spaceborne and airborne radars. While the effect of the ocean currents and waves is interactional. It is impossible to retrieve the ocean surface current speed from Doppler frequency shift directly. In order to study the relationship between the ocean surface current speed and the Doppler frequency shift, a numerical ocean surface Doppler spectrum model is established and validated with a reference. The input parameters of ocean Doppler spectrum include an ocean wave elevation model, a directional distribution function, and wind speed and direction. The suitable ocean wave elevation spectrum and the directional distribution function are selected by comparing the ocean Doppler spectrum in C band with an empirical geophysical model function(CDOP). What is more, the error sensitivities of ocean surface current speed to the wind speed and direction are analyzed. All these simulations are in Ku band. The simulation results show that the ocean surface current speed error is sensitive to the wind speed and direction errors. With VV polarization, the ocean surface current speed error is about 0.15 m/s when the wind speed error is 2 m/s, and the ocean surface current speed error is smaller than 0.3 m/s when the wind direction error is within 20° in the cross wind direction.     

简单海-气边界层模式中的埃克曼流动Ⅰ——无限深海的情形

近十余年来,海洋和大气相互作用这一课题日益受到人们的关注。从海-气边界层结构以及通过海面的物理量和化学量输送机制的研究到大尺度海洋和大气相互作用的研究都取得了可喜的成果。此外,还从海洋和大气相互作用的观点探索了风暴潮预报的新的可能途径[2]。然而,由于问题的复杂性,通过海面以及海-气边界层的物理量的小尺度输送机制迄未得到澄清,企图从本质上改善大尺度海洋和大气相互作用的理论是不现实的。     

赤道中印度洋上层环流结构与季节变化特征分析

本文通过分析RAMA印度洋观测浮标系统锚系ADCP实测资料,对赤道中印度洋上层海流季节变化进行了研究。研究结果表明,0°,80.5°E纬向流垂向剖面呈现上150m层一致的东向流,而经向流在100m以浅呈现表层向北次表层向南的翻转流结构。赤道中印度洋上层纬向流季节信号被半年周期的东向射流Wyrtki Jets(WJs)所控制。WJs发生于季风方向转换的季节,4—5月份较弱,10—11月份较强。赤道中印度洋上层经向流年周期信号显著。北半球夏季与冬季分别出现风应力旋度驱动的Sverdrup南向流与北向流。本文结论为赤道中印度洋上层环流季节变化特征的研究提供了观测角度的支持。     

Numerical study of the storm-induced circulation on the Scotian Shelf during Hurricane Juan using a nested-grid ocean model

A nested-grid ocean circulation modelling system is used to assess the upper ocean response of the Scotian Shelf and adjacent slope to Hurricane Juan in September 2003. The nested-grid system consists of a fine-grid inner model covering the Scotian Shelf/slope and a coarse-grid outer model covering the northwest Atlantic Ocean. The model-calculated upper ocean response to Hurricane Juan is characterized by large divergent surface currents forced by the local wind forcing under the storm, and intense near-inertial currents in the wake of the storm. The sea surface temperature (SST) cooling produced by the model is biased to the right of the storm track and agrees well with a satellite-derived analysis. Over the deep water, off the Scotian Shelf, some of the near-inertial energy input by the storm is advected eastward by the Gulf Stream away from the storm track. The hurricane also generates shelf waves that propagate equatorward with the coastline on their right. In comparison with the outer model results, the inner model captures more meso-scale structures, greater SST cooling and stronger near-inertial currents in the study region.     

基于卫星遥感数据的全球表层流场反演重构

利用2000—2008年的卫星高度计资料和QuikSCAT风场资料,反演了全球的海表的地转流和Ekman流,将两者合成后生成了0.5°×0.5°的逐周全球表层流产品。在计算Ekman流的时候,引入了权重函数,改进了Lagerloef方法中Ekman流在25°S和25°N上的不连续问题。分析表明:卫星资料反演的流产品能够反映出海表流场的特征,将其分别与TAO观测和SCUD流产品进行定量化的比较显示,所得流产品具有较高的反演精度和可信度,说明改进的方法是有效的。