波浪输运通量剩余量对上层海温的影响分析

提出了波浪输运通量剩余量BSMT在Princeton Ocean Model(POM)中的实现方式,探讨了BSMT的作用机制。BSMT对上层海洋有重要的影响,其作用效果与背景温度场的梯度密切相关。BSMT可使浅水区和黑潮附近区域的上50m层升温约0.1~0.3℃,且升温幅度与背景温度场的梯度及海浪过程密切相关。初步研究结果表明,BSMT作为温度控制方程驱动源项可以影响海洋上层结构,为进一步海浪-海流相互作用研究奠定了基础。     

影响我国短期气候异常的关键区：亚印太交汇区

围绕国家重点基础研究发展计划项目“亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候的影响”,介绍了“亚印太交汇区”（AIPO）的概念,从气候系统多圈层相互作用的角度,阐述了研究AIPO区海气相互作用的科学意义;在分析国内外海气相互作用影响气候研究发展动态的基础上,指出AIPO区是影响我国短期气候的关键区;研究AIPO区海气相互作用对我国短期气候的影响也是国民经济发展需要亟待解决的重要课题。介绍了项目拟研究的关键科学问题,指出该项目的最终研究目标为：揭示AIPO季节到年际尺度的海气相互作用特征,从而提出该关键区海气相互作用影响我国短期气候异常的理论框架,为改进东亚季风的季度—年际变化预测提供理论和方法。     

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。     

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。     

海浪外观波数谱与谱宽度最优确定

本文将外频谱转化为外观波数谱并设计了计算处理模式,提出了一种谱宽度参量的优化方法,为进一步研究海浪特征资料提取谱值和应用奠定基础。数值试验验证了此方法的可行性,但在高海况下风浪过程复杂,优化出的谱宽度偏大,外观谱解析形式需进一步改进。     

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。     

浅水环境下波浪能能流密度计算方法研究

本文列举了3种波浪能能流密度计算方法,通过实测资料和数值模拟的实验,分析了3种方法在浅水环境中的适用性。分析得知,定义方法对浅水环境中的海浪特征考虑最为周全,计算结果最准确,但强烈依赖海浪谱的存在,适用面较窄;经验方法仅依赖常规海浪参数,对各种基础资料几乎都适用,但对波能能流密度的估计往往偏低,且不能明显反应出地形抬升对波能能流密度的汇聚效应;修正方法考虑了浅水的影响,通过适当的选取参数,可以给出较准确的结果,但对于大的波能能流密度值存在过高估计的问题。3种计算方法各有优劣,可以根据实际需要适当选择。     

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.     

陆架海区温跃层特征量的一种计算方法--拟阶梯函数逼近法

在中国陆架海区调查获得的CDT资料表明，陆架区的水文要素垂直结构大都可以理想化为三层垂直结构模式：上均匀层、跃层和下均匀层。提出了一种用3条线段构成的拟阶梯函数拟合水文要素垂直剖面的方法，利用最小二乘法求出2个拐点的位置，即温跃层的上界和下界，取2个拐点的联线的斜率作为温跃层强度。对陆架海区各种不同的温度要素垂直结构形态整理归纳，分为正跃层、逆跃层、单方向多跃层和正逆跃层混合4种类型。各种类型均可按照一个或多个拟阶梯函数进行最小二乘拟合来获得温跃层的特征量。