夏季北冰洋海冰边缘区海水温盐结构及其形成机理

利用1999年北极科学考察期间在海冰边缘区的三次考察数据，研究了北冰洋海冰边缘区的温度和盐度结构。将海冰边缘区分为机制不同的两大类，一类是暖水海冰边缘区，主要热源是外部暖水进入海冰边缘区携带的热量；另一类是冷水海冰边缘区，主要热源是太阳辐射加热。文中主要对冷水海冰边缘区进行了研究。虽然两个冷水海冰边缘区(R区与T区)温度结构不尽相同，但都存在表层以下水体中的温度极大值现象，R区的温度极大值位于20m左右，T区的位于40—50m左右的深度，可以认为是海冰边缘区的典型温度特征。作者认为，次表层暖水的热源是太阳辐射的直接加热，为此，建立了太阳加热引起海水次表层增暖的物理模型和简单的数学模型，获得了冰下海水在太阳辐射的作用下增暖的解析解。结果表明，部分太阳辐射能穿过海冰加热冰下海水，加热之初温度的极大值出现在近表层，随着时间的推移，海温极大值的位置向下移动，最终可以达到40m左右，证明了仅仅依靠太阳的短波辐射就可以形成中间暖的水层。文中阐明，开阔海水更多的是上混合层和跃层结构，冰下海水主要是次表层暖水结构；冷水海冰边缘区的海水主要带有冰下海水的特征。由于次表层暖水的形成与海冰厚度关系很大，近十几年北冰洋海冰厚度的显著减少势必加强次表层暖水，可能是北冰洋增暖的又一个重要现象，对全球气候变化有意义深远的影响。     

半封闭矩形海湾中潮波反射问题及摩擦的影响

本文严格求解了半封闭矩形海湾中潮波运动的解析解,该解对潮波的描述与其观测特征和前人的研究成果一致.我们利用求解的结果;阐明了开尔文波复反射系数的物理意义,讨论了反射开尔文波的位相滞后规律,并初步解释了位相滞后的原因.其次,我们发现,对于无摩擦的反射过程,产生的Poincaré波族是由两组具有不同初相的波组成的,这两个初相恰好相差90°,最后,对于考虑底摩擦作用的情形,讨论了摩擦对各波波幅与位相的影响。     

楚科奇海海冰周年变化特征及其主要关联因素

利用1999年美国国家冰雪资料中心的各种卫星遥感综合分析数据对楚科奇海海冰周年变化进行详细分析，将全年的海冰变化过程分成密集冰封期、东岸融化期、单湾结构期、双湾结构期、三湾结构期、全线北撤期、南进封闭期、全面冻结期8个阶段。海冰冻结期仅2个月，海冰融化期持续4～5个月，说明融冰过程的吸热是个漫长的过程。太平洋与北冰洋海面高度差形成的正压压强梯度力是白令海水进入北冰洋的主要动力，白令海水进入冰下形成的暖水海冰边缘区是海冰融化的重要机制。白令海水在楚科奇海扩散过程受到海底地形产生的Taylor柱效应的显著影响，使其产生绕过浅滩，沿海谷流动，在海谷的方向上输送更多的水体和热量的现象，形成海冰融化的湾状结构。楚科奇海的局地风场也是海冰形态变化的重要因素之一。局地风场在冬季阻碍白令海水的入流，而在夏季促进白令海水的入流。     

NUMERICAL MODELLING OF THREE-DIMENSION CHARACTERISTICS OF WIND-DRIVEN CURRENT IN THE BOHAI SEA

Three- dimension (3-D) wind-driven currents in the Bohai Sea in both winter and summer are calculated by using a 3- D barotropic steady model, and the results are consistent with observed flow char -acteristics. Based on the results, 3- D characteristics of flow, currents at different depths, compensated flow in the lower layer , long and narrow alongshore current, the area of upwelling and downwelling, main circulation in vertical profile, and the current in Bohai Strait are discussed.     

北极各海域海冰覆盖范围的变化特征

Sea ice in the Arctic has been reducing rapidly in the past half century due to global warming.This study analyzes the variations of sea ice extent in the entire Arctic Ocean and its sub regions.The results indicate that sea ice extent reduction during 1979–2013 is most significant in summer,following by that in autumn,winter and spring.In years with rich sea ice,sea ice extent anomaly with seasonal cycle removed changes with a period of 4–6 years.The year of 2003–2006 is the ice-rich period with diverse regional difference in this century.In years with poor sea ice,sea ice margin retreats further north in the Arctic.Sea ice in the Fram Strait changes in an opposite way to that in the entire Arctic.Sea ice coverage index in melting-freezing period is an critical indicator for sea ice changes,which shows an coincident change in the Arctic and sub regions.Since 2002,Region C2 in north of the Pacific sector contributes most to sea ice changes in the central Aarctic,followed by C1 and C3.Sea ice changes in different regions show three relationships.The correlation coefficient between sea ice coverage index of the Chukchi Sea and that of the East Siberian Sea is high,suggesting good consistency of ice variation.In the Atlantic sector,sea ice changes are coincided with each other between the Kara Sea and the Barents Sea as a result of warm inflow into the Kara Sea from the Barents Sea.Sea ice changes in the central Arctic are affected by surrounding seas.     

融池热力学模式以及它在2010年夏季北极中央区的应用研究

A one-dimensional thermodynamic model of melt pond is established in this paper.The observation data measured in the summer of 2010 by the Chinese National Arctic Research Expedition(CHINARE-2010) are used to partially parameterize equations and to validate results of the model.About 85% of the incident solar radiation passed through the melt pond surface,and some of it was released in the form of sensible and latent heat.However,the released energy was very little(about 15%),compared to the incident solar radiation.More than 58.6% of the incident energy was absorbed by melt pond water,which caused pond-covered ice melting and variation of pond water temperature.The simulated temperature of melt pond had a diurnal variation and its value ranged between 0.0°C and 0.3°C.The melting rate of upper pond-covered ice is estimated to be around two times faster than snow-covered ice.At same time,the change of melting rate was relatively quick for pond depth less than 0.4 m,while the melting rate kept relatively constant(about 1.0 cm/d) for pond depth greater than 0.4 m.     

北极阿蒙森湾冬季冰下海水结构及对流混合研究

使用加拿大环北极冰间开放水道研究计划从2007年11月至2008年1月底整个极夜期间对北极阿蒙森湾的考察数据,研究了没有太阳加热条件下冰下海水的对流混合。结果表明,冬季冰下海水结构以对流混合为主要形式,混合层的深度达到数米至数十米。发生对流混合时并没有出现静力不稳定性现象,对流混合层密度小于下层水体密度,此处的对流混合不同于前人的发现,它是由于卤汁的不连续排放造成的。混合层的温度与海水的冰点非常接近,由结冰导致的密度对流所形成。跃层以下海水的温度也在持续下降,文中认为是通过跃层与上混合层交换热量导致的。在冬季的前期,混合层的厚度与混合层的盐度有很好的对应性,但晚冬两者有明显差别,混合层厚度趋于减小。通过对三个位置接近站位的观测结果表现对流混合层的演化规律,体现了对流混合层在整个冬季温度持续降低、盐度持续升高的特征。     

北极海冰数值模拟研究述评

根据国内外近年发表的主要文献,详细介绍北极海冰数值模拟工作的最新进展。综合评述各种主要动力学模式的特点和不足,指出与数值模式有关的主要物理问题,重点介绍海冰模式所特有的问题以及海冰数值模拟工作的发展方向。对以往的数值工作和海冰数值模拟的主要问题进行了总结,并在理论和实践方面进行了深入探讨,有助于我国相关工作的开展。     

区域性海洋环流数值模式研究及对南海环流与海峡流量的模拟

基于MOM模式的物理框架,妥善考虑了开边界的物理过程,改造和发展了一个区域海洋数值模式。本模式不仅可以方便地调整开边界条件,使之满足边界的特定物理条件,而且可以方便地做针对性修改,使模式更加可靠。改进后的模式具有MOM模式物理概念明确、公式便于理解、结果便于表达的全部特点,同时克服了MOM模式边界条件不完整、程序不易调整、参数难以改变的缺点。区域性模式比全球模式的计算速度快很多倍,可以成为区域性研究的有效工具。将此模式应用于南海,利用Hellerman＆Rosenstein气候态风应力驱动模式10a,得到与全球模式效果相当的结果。模式模拟结果展现了南海流场的季节特征,在模式分辨率下表现出了多涡结构。根据模拟的流场计算了南海与其它海域的水交换通量。在年平均意义下,外海水通过吕宋海峡进入南海,南海水通过台湾海峡、民都洛海峡和卡里马塔海峡流出南海。各海峡水通量具有明显的季节变化。     

加拿大海盆的营养盐极大

根据 1 999年和 2 0 0 3年中国北极科学考察航次 ,从Canada海盆收集温、盐、深和营养盐浓度数据 ,用文献报道的低浓度1 2 9I和高浓度金属钡 (Ba)来指示太平洋源水、用相应的高浓度1 2 9I和低浓度Ba来指示大西洋源水 ,划分了该海盆物理化学特征的 4个水团。表层水 ( <40m)的盐度从 2 5至 31 .6;硝酸盐处于耗尽水平 ,而磷酸盐和硅酸盐处于最低水平。营养盐再生水大致位于 40- 2 0 0m ;盐度特征为 31 .6- 33.1 ;营养盐浓度一致增至最高 ;极大峰的盐度在 33.1附近 ,其位温则处于最低水平 (约 - 1 .5°C)。混合水 (深约 2 0 0- 385m)盐度从 33.1至 34.8;位温从局域最低升至整个水柱最高的 0 .5 0- 0 .65 7°C ;营养盐则逐渐降低。深层水深度变化较大 ( 385m至 1 90 0m以下海底 ) ;但其盐度变化较小 ( 34.8- 34.9) ;位温则从最高降低到 - 0 .4至 - 0 5 4°C ;营养盐均轻微增加。结合文献中对于营养盐极大的年际观测 ,1 2 9I、Ba与氯氟烃CFC 1 1的浓度及3H 3He示踪年龄的结果分析表明 ,营养盐再生水是无季节性变化的、高年龄 (约 8- 1 5年 )的太平洋源水 ;深层为大西洋源水 ;而混合水团即为上述 2大源水的混合层。硅酸盐和磷酸盐的强极大指示优势种硅藻及其再生主导太平洋源水。