南海北部中尺度涡流预报及应用

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常(SLA)数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。     

海洋观测数据的卫星传输链路—以Iridium传输链路应用分析为例

为了使全球性的海洋观测数据能够及时、可靠、准确地接收,介绍了基于卫星网络海洋观测数据传输链路的组成,对卫星传输链路的3个组成部分进行详细说明,包括:Iridium,Argos,Inmarsat和中国北斗四种卫星网络系统及比较分析,各卫星网络对应发送终端的分类分析以及陆地接收系统数据下载方式的比较分析。以Iridium网络系统为例,建设可实现全球覆盖的海洋观测数据卫星传输链路,完成现场观测数据的实时回传,为海洋观测数据卫星传输链路的建设提供示范,对比PSTN和M2M两种数据下载方式,通过实验分析,结果表明该海洋观测数据的卫星传输链路具备可行性和可靠性,可以进行业务化运行。     

CTD海洋观测数据多重压缩加密算法设计

对数据进行压缩、加密是解决海洋观测数据卫星传输通信费用高、数据安全性低等问题的有效手段。针对温盐深仪(Conductivity Temperture Depth,CTD)海洋观测数据,提出了一种新的加密算法——多重压缩加密算法。该算法结合数据特点,将数据压缩和加密技术结合在一起,不仅能对数据进行有效加密,同时还能对数据进行有效压缩。为保证数据解密时能够完全还原,算法需首先对整体数据进行误码检测,将数据分为误码区和正常数据区,然后对误码区保持原码不变,对正常数据区进行压缩加密编码。最后通过编程实现了该算法,并对算法的应用效果进行了测试。结果表明,该算法具有很好的压缩和加密效果。     

湾流及邻近海区15m层流场特征分析

基于1979—2017年共38 a的水帆位于15 m层的Argos漂流浮标资料,分析了湾流及邻近海区表层的多年年平均、夏半年和冬半年平均流场特征,主要包括湾流的流动路径、流速变化、支流分布以及邻近海区的涡旋运动等。湾流的流动路径是由若干个弯曲流段与平直流段共同组成的,从佛罗里达海峡至哈特勒斯角的流段路径基本沿着美国东部海岸线,夏半年与冬半年平均的流动路径基本一致,而从哈特勒斯角以东至纽芬兰浅滩的流段路径较为平直,在纽芬兰浅滩附近海域出现多次弯曲过程,该流段在夏半年弯曲较为明显,冬半年相对平直。汇入湾流的支流与流出的分支在夏半年与冬半年的流速存在一定差异;湾流邻近海区的涡旋运动多发生在流动方向的右侧,且冬半年涡旋运动略强于夏半年。湾流的流速分布呈现出平直流段的高流速区段和弯曲流段的低流速区相互交错的状况,且夏半年流速整体强于冬半年。     

陆架斜坡对内孤立波的动力响应特性试验研究

针对内孤立波在行进过程中遇到海底斜坡会对海底产生力的作用,不同坡度斜坡对内孤立波的动力响应应该存在差异。本文通过水槽中制造内波,对不同角度的斜坡对内孤立波的动力响应过程进行了研究。结果表明,内孤立波通过陆架斜坡上方,会造成斜坡沉积物超孔隙水压力的积累;在相同振幅条件下,缓坡沉积物动力响应的幅度比陡坡沉积物大;随着振幅的增加,缓坡发生动力破坏程度大于陡坡;在斜坡沉积物稳定性受到破坏之前,超孔隙水压力的积累和释放同时存在,内孤立波振幅的增大会加剧超孔隙水压力的释放。该结果对于斜坡沉积物在内孤立波作用下失稳破坏的动力学研究和斜坡稳定性分析将起到指导作用。     

新型表层漂流浮标体设计分析

表层漂流浮标在应用于海洋调查研究时,浮标体外形对浮标通讯稳定性及数据回收等会产生一系列影响,也直接制约浮标使用寿命。为此,考虑减少风阻和水阻,减小浮标体对水帆运动的影响,提出了一种新型的适用于近远海海洋观测的表层漂流浮标体葫芦形外形设计方案。结合流体力学理论分析,运用Solid Works软件分别对葫芦形浮标体和常用的圆柱形浮标体建模,并利用Workbench软件CFX流体分析模块开展了流体分析和比较,结果表明葫芦形浮标体所受压力更均匀,其水下部分压力值较圆柱浮标体减小约28%,证明葫芦形外形浮标体更具可靠性。     

利用漂流浮标资料对黑潮及其邻近海域表层流场及其季节分布特征的分析研究

利用1987年以来WOCE项目及我国自行投放或进入黑潮及其邻近海域(15°~36°N,114°~135°E)的共计323个卫星跟踪海表面漂流浮标资料,得到全年平均及季节平均的浮标轨迹及(1/4)°×(1/4)°格点平均的表层流矢量结果。分析认为:对于全年平均的表层流场,黑潮表层流路主要表现了对大洋西边界地形的适应,并呈现出6个较大的弯曲,其中在反气旋型弯曲处都发生分支或入侵现象、气旋型弯曲处这种现象却不明显。对于季节平均的表层流场,黑潮表层不同流段分别表现出各自显著的季节差异:吕宋海峡附近海域,表层水向南海的入侵只发生在秋、冬两季,而春、夏两季却不发生;在台湾以东海域,黑潮表层流路与黑潮右侧反气旋涡的存在与否密切相关,春季没有涡旋存在时,黑潮表层流路常出现气旋式大弯曲,其他三个季节反气旋涡存在时,黑潮表层流路相对平直;在台湾东北海域,黑潮表层水向东海南部陆架区的入侵以秋、冬季最强,春季次之,而夏季几乎不发生;在赤尾屿以北的东海黑潮中段,黑潮流动比较稳定,其表层平均流径走向由偏北到偏东依次约为冬(北偏东30°)、春(北偏东33°)、秋(北偏东38°)、夏(北偏东45°);流路宽度由宽至窄依次约为秋(90 km)、春(80 km)、冬(70 km)、夏(60 km),而流速由大至小依次为夏、春、秋、冬,且各季节都表现出北段流速大于南段的现象;在九州西南海域,春、秋两季黑潮表层水发生明显的向北入侵,入侵的黑潮水与东海外陆架水共同成为对马暖流的一部分来源,而夏季这种现象不明显,九州西南海域黑潮表层流路北界的位置以秋季最为偏北(但最北不超过31°N)、流路也最宽;在琉球群岛外缘海域,南半部基本没有北上的表层流存在,只有在冲绳群岛-奄美群岛以东海区,秋、夏、春三季表层反气旋涡旋都比较活跃,在涡旋的西侧有顺着冲绳群岛-奄美群岛的东北向流,其中秋季最为明显。这些结果可以为黑潮及其邻近海域的深入研究提供较为客观、直接的参考。     

2006-2007年长江冲淡水的扩展形态及季节变化

利用2006—2007年观测的高密集度CTD测站和海床基ADCP连续测流站资料,分析了长江冲淡水的扩展形态和垂向结构。结果表明,各季节观测时段内:春季、秋季和冬季的表层长江冲淡水扩展基本被限制在长江口、杭州湾及舟山水域附近。夏季长江冲淡水的扩展由内向外可分为3个阶段:射形流阶段,长江径流直接向东南冲入海;水舌形态扩展阶段,冲淡水以1个水舌的完整形态指向东北,其运动受台湾暖流和南黄海海盆气旋式环流等背景流场的影响明显;扩散阶段,冲淡水先以较大团块运动,后以不断变小的水块随着背景流场运动,其中一支向东北移动进入南黄海,另一支转向东偏南,绕东海东北部冷涡运动。     

东海黑潮主段环流子结构研究

通过对多种调查资料的综合分析,提出了东海黑潮主段子环流系统的物理模型,它是由较稳定的东海黑潮主段、经常出现(大概率)的右侧逆流和有条件出现(小概率)的外陆架逆流所构成的一个双环环流结构。部分黑潮水由主段北部进入陆架区形成外陆架逆流,或转向黑潮以东海域形成右侧逆流;由主段南部进入黑潮的陆架水,一部分来自外陆架逆流闭合了双环结构的外陆架部分;黑潮右侧逆流水大部分形成反气旋流动重新进入主流,闭合了双环结构的东部部分。