南黄海海气热通量观测及其与OAflux数据集比较研究

2007年在南黄海进行了3个航次的热通量观测,包括长、短波辐射,近海表空气温度、湿度,风速,海表皮温等观测数据。依据计算的冬季、春季、秋季三个航次的海气热通量分析了热通量不同季节特征,南黄海海域冬季、春季和秋季平均潜热通量分别为80.7W/m2,5.6W/m2和142.1W/m2,感热通量分别为32.0W/m2,-12.5W/m2和18.9W/m2(海洋向大气传递为正)。将国际较为通用的OAflux数据集与3个季节观测数据做了逐点的比对,作为对OAflux数据集在南黄海海域的评估,结果显示:OAflux数据集热通量结果与观测数据在2006—2007年冬季最为接近,感热和潜热通量均方差是15.3W/m2和21.4W/m2。春季的潜热通量存在明显偏差,均方差为28.4W/m2。秋季的感热和潜热通量均存在显著偏差,均方差分别为20.5W/m2和57.5W/m2。导致春季偏差的主要原因是OAflux数据集和现场观测的近海表空气湿度差异,而秋季偏差则应主要归因于海表温度的偏差。     

不同垂向分布特征的垂直黏性系数对经典定常Ekman螺旋结构的影响

经典定常Ekman螺旋结构的表面漂流应该在南北半球分别沿风向右偏和左偏45°,而已有观测和研究结果表明:在北极和高纬度海域,表面流相对海面风向的偏角小于45°;在大洋低纬度海域,该偏角大于45°.针对该现象,本文设计了理想化数值实验,研究了不同垂向分布特征的垂直黏性系数对经典定常Ekman螺旋结构的影响,结果显示:垂直黏性系数的垂向分布特征对Ekman螺旋结构影响显著,当垂直黏性系数随深度增加而减小时,表面流偏角大于45°;当垂直黏性系数随深度增加而增大时,表面流偏角小于45°;观测到的低纬度海域与极区表面流偏角的不同应该主要由海洋上层垂直黏性系数的不同垂向分布特征产生;螺旋扁平度不等于常数1,但无明显的变化规律;体积输运的大小和方向与经典Ekman理论结果一致,不受垂直黏性系数分布的影响.     

海面风应力偏离风向的观测与分析

针对海气界面风应力方向与风向不一致的现象,2015年2月4日至3月12日在南海博贺观测平台开展了综合观测,利用涡动相关法计算了海气界面风应力,并在3类大气稳定度条件下分析了风应力矢量偏离风矢量的角度变化,进一步讨论了大气层结稳定时两者角度之差与风速的参数化关系。结果表明:在大气层结稳定条件下,风应力矢量偏向风矢量左侧,且偏离角度随逆波龄和风速增大而减小;当大气层结不稳定时,风应力矢量一般偏向风矢量右侧。海气界面风应力矢量受海表面风、波浪以及大气层结的共同调制。     

利用资料同化方法优化观测系统的空间布局:以泰国湾为例

海洋观测费用高昂,设计科学高效的观测系统可以充分发挥观测的效能。本文以泰国湾高频地波雷达观测系统为例,利用数据同化方法对观测系统进行了最优布局。首先基于FVCOM海洋数值模式建立了泰国湾海域高分辨率三维斜压水动力模式,在此基础上利用一种改进的高效集合卡曼滤波同化方法对岸基高频地波雷达表层海流观测系统开展观测效能评估数值实验。通过观测区域的不同组合方式将3个区域的雷达表层海流数据同化到数值模式中,实验结果表明,岸基高频地波雷达表层海流观测系统可有效降低高分辨数值模式的海流模拟误差。但不同观测区域的组合提供的观测数据对改善海流模拟的作用存在明显差别,泰国湾现有观测系统雷达站位布设方式应进一步优化。本文最后给出了研究区域最优观测站位的布局方案,可作为下一步观测系统进行布局调整的指导。     

地形对陆架拦截波性质及机制的影响

陆架波的性质如频散关系、形成机制等受地形影响。研究地形对陆架波的性质影响具有重要意义。基于陆架拦截波理论,数值计算了分段线性地形下不同宽度陆架上陆架拦截波的频散关系、长波假设下波动的相速度、阻尼情况下的波动耗散率以及强迫波的外力影响因子。分析了陆架宽度及坡度对自由及强迫陆架拦截波性质的影响。陆架宽度影响陆架拦截波的频散关系。陆架变宽,使得长波频散曲线的斜率增大。陆架宽度的增加使第一模态陆架拦截波有明显的性质变化:相速度增大,波动受辐散影响的程度变大,摩擦衰减距离增大,且风应力旋度在波动的生成机制中起到的作用渐强。在宽的陆架上,研究陆架拦截波的生成及强迫波的振幅时,应充分考虑风应力旋度的作用。第二、三模态波动的相速度受陆架坡度的影响较大,但摩擦衰减距离基本都在200km左右,几乎不随陆架宽度改变,属于局地波。     

浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度的影响

上层海洋在全球气候系统中起着至关重要的作用。对上层海洋层结及混合的模拟偏差一直是海洋和气候数值模式发展中悬而未决的问题。本文首先评估了CMIP5中45个模式对上层海洋层结模拟的偏差,确认了冬季亚热带地区海洋模式垂向混合偏强。随后,基于自然资源部第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM v1.0),分别开展了1986?2005年期间包含和关闭海浪垂向混合情况下的数值实验,分析浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度模拟的影响及机制。发现浪致混合使得气候模式中亚热带海域冬季的海洋层结增强,增强的层结使上层海洋更加稳定。首次揭示了增加浪致混合反而降低了海洋总体的垂向混合率:浪致混合使北半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的227 cm2/s降低到有浪实验的178 cm2/s,降低了21.6%;南半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的189 cm2/s降低到有浪实验的165 cm2/s,降低了12.7%。进一步分析发现,浪致混合主要是通过增加冬季亚热带海域上层海洋的热含量从而强化了海洋的层结,最终改善了气候模式对上层海洋混合的模拟。     

亚丁湾海域数值预报与Argo观测温度比较研究

亚丁湾海域是印度洋西部一个重要海洋运输通道,其海水性质变化多样,海水运动复杂,对航海等起着重要作用。利用了海浪-环流耦合模式建立的全球大洋环流预报系统2008年的预报结果,结合实时/准实时的Argo观测资料,针对亚丁湾海域进行了模拟与观测的对比研究。对比分析包括:不同季节代表月份的预报结果与Argo剖面的比较、预报结果与全年Argo观测温度误差的统计分析等。比较表明:该预报结果与Argo观测剖面吻合较好,温度预报在整体上具有较小的误差,在100 m以深的海洋下层有75%的温度误差分布在±1℃范围内,而100m以浅的海洋上层的温度误差在该范围占67%。比较结果也显示预报的上层混合作用仍略偏弱,剖面中的逆温现象没有在预报中反映出来等,其机制有待深入研究,可能受分辨率低的限制。这些结果为将来在该海域建立高分辨率的海洋环流预报系统有一定借鉴意义。     

渤海南部沿岸水运移及渤黄海水体交换的季节变化

针对渤海及附近海区的曲折岸线变化以及水文资料时空分布不均匀性的特点,使用四维客观分析LOESS方法得到逐月气候态盐度场。结果表明:渤海南部沿岸水扩展和运移受季风影响显著。冬季沿岸水向渤海湾和莱州湾堆积,形成沿山东半岛龙口海岸东向爬行的水舌,该水舌在蓬莱水域向东扩展;夏季沿岸水向渤海中部冲溢,特别是在黄河口附近,其核心区厚度可达8 m,可扩展到119°30′E处,同时莱州湾内的沿岸水向湾内西部收缩。冬季渤海海峡呈现显著"北进南出"水交换态势;夏季渤海海峡定常流方式的水交换特征不明显。     

Propagation of internal waves up continental slope and shelf

In a two-dimensional and linear framework, a transformation was developed to derive eigensolutions of internal waves over a subcritical hyperbolic slope and to approximate the continental slope and shelf. The transformation converts a hyperbolic slope in physical space into a flat bottom in transform space while the governing equations of internal waves remain hyperbolic. The eigensolutions are further used to study the evolution of linear internal waves as it propagates to subcritical continental slope and shelf. The stream function, velocity, and vertical shear of velocity induced by internal wave at the hyperbolic slope are analytically expressed by superposition of the obtained eigensolutions. The velocity and velocity shear increase as the internal wave propagates to a hyperbolic slope. They become very large especially when the slope of internal wave rays approaches the topographic slope, which is consistent with the previous studies.     

夏季海洋上混合层深度分布研究——Argo资料与Levitus资料的比较

利用Argo资料计算了准全球海洋夏季的混合层深度(MLD),并与Levitus资料计算所得的MLD进行了比较.结果表明,用Argo资料计算的全球夏季MLD总体上比Levitus资料的大.低纬20°S～20°N以及南半球40°～60°S等区域Levitus资料计算的MLD大部分明显小于Argo资料计算的MLD;北半球40°～60°N等区域Levitus资料计算的MLD略小于Argo资料的;而20°～40°N以及20°～40°S等混合层较浅的海区以及纬度高于60°N以及60°S的海区2种资料计算的MLD差别不大.南大洋MLD非常大,其中小部分海域用Levitus资料计算的MLD比Argo资料计算的MLD大100 m以上.