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。     

北极冰上积雪的光学衰减性质

2007年11月-2008年2月在北极阿蒙森湾进行了冰上积雪的光学衰减性质的观测实验。该实验是在极夜条件下,通过人造光源研究波长313～875nm范围内的光在雪中传播的衰减性质。实验结果验证了可见光在冰上积雪传播过程中,其辐射强度随积雪厚的增长呈指数迅速衰减的规律特征,而且光在积雪中的衰减率远大于海冰中的衰减。根据不同雪厚的光学观测结果,计算出不同波长的可见光在雪中传播的衰减系数。结果表明,465～625 nm范围内的光在雪中衰减系数最小,并且随波长变化基本为常量,其平均值为20 m~(-1)。当波长在此范围之外,可见光的衰减系数迅速升高,衰减系数最高甚至超过30 m~(-1)。此外,根据观测初步分析了雪的密度变化对光在雪中的衰减系数的影响,结果表明,积雪密度的变化对不同波长光的衰减系数影响不同。入射光的波长越大,光的衰减系数受积雪密度变化的影响越大。本文还估算了积雪密度变化造成的光的衰减系数的误差率。     

太阳磁场方向变化对于地球大气温度异常变化的意义

本文根据苏黎世天文台太阳黑子11年周期资料和太阳黑子磁场磁性变化周期特征,构建了太阳黑子磁场磁性指数MI(Magnetic Index)时间序列.分析表明：太阳活动磁性周期平均长度为22.2年,但是每个周期长度是不相等的;多数情况周期短时磁性指数较大,对应太阳活动水平强;周期变长时磁性指数较小,对应太阳活动水平较弱;太阳黑子磁场磁性指数序列也具有80～90年的世纪周期. 进一步研究指出,太阳黑子磁场磁性指数曲线由极小值升至极大值时期,太阳磁场南向,行星际磁场磁力线与地磁场磁力线重联,此时磁层为开磁层,太阳风将携带大量等离子体从向阳面进入地球磁层,从而使输入的动量、能量和物质大幅度增加,与北半球对流层增温时期对应;太阳黑子磁场磁性指数曲线由极大值下降至极小值时期,太阳磁场北向,与磁层顶地磁场同向,行星际磁场不会与地磁场发生重联,此时磁层为闭磁层,这种情况下,只有少数带电粒子能够穿越磁力线进入地球磁层,与北半球对流层降温时期对应.     

巽他海峡的水交换过程研究

巽他海峡是爪哇海与东印度洋进行水交换的重要西部通道,其水交换过程与两侧水团性质和环流有密切关系。本研究基于巽他海峡及其附近海域的观测和遥感再分析数据,分析了爪哇海与印度洋通过巽他海峡进行水交换的多时间尺度变化规律,并探讨了局地和大尺度过程对水体输运的影响。研究表明,巽他海峡贯穿流主要由流出爪哇海的年均南向流与随季风南北转向的季节反向流组成,并存在显著的季节内变化。2008—2016年期间,巽他海峡贯穿流3次观测的年均流量分别为(-0.31±0.34),(-0.27±0.43)和(-0.49±0.31)Sv(负号代表流出爪哇海)。巽他海峡贯穿流与局地风和海峡两侧海表面高度梯度密切相关,因此采用多元回归重构了1993—2017年水体输运时间序列,并计算出25 a的平均流量为(-0.37±0.43)Sv。研究也表明,巽他海峡水体输运的年际变化异常与ENSO,IOD相关。     

印度尼西亚贯穿流及其周边海域季节内变化研究综述

<正>印度尼西亚贯穿流(Indonesian Throughflow,ITF)是全球气候系统和热盐环流的一个重要组成部分,是太平洋与印度洋在低纬度进行水体及热量交换的唯一通道,对维持全球大洋物质、动量和能量平衡有重要作用[1]。最近的研究表明,ITF还可能是热带印度洋年际异常信号进入赤道太平洋的重要海洋信号     

海南万宁近岸余流特征分析

根据2012-04在海南岛万宁近海海域获取的3次周日定点海流连续观测资料,我们计算分析了春季这一海域的欧拉余流特征。结果表明,研究海域的水体主要沿等深线方向流动,并在观测期间发生了转向,由04-10的西南向流转为04-14和04-17的东北向流。观测期间04-10的余流流速最小,04-14和04-17的余流流速较大,其中04-14余流流速最大,可达44cm/s。2004—2011年秋冬季流经研究海域的漂流浮标观测结果,进一步验证了万宁近海海水沿等深线方向流动的这一特征。在东北季风期,海水由东北向西南方向流动;在西南季风期流向则完全转向,自西南向东北方向运动;万宁近岸海流的主轴在20~100m等深线梯度最大的陆坡处,等深线最密集的海域流速最大。     

北极阿蒙森湾一年冰物理和光学性质的观测研究

利用加拿大环极冰间水道系统研究项目,作者对2007年11月24日至2008年1月26日北极群岛阿蒙森湾海域秋冬季节一年冰的物理和光学性质进行了观测研究。结果显示,观测期间的海冰厚度整体在27～108 cm范围内变化,积雪厚度仅为0～6 cm。海冰温度、盐度和密度在冰内的分布特征为：海冰表层最低温度为–22.4℃,底层最高温度为–2.2℃,冰内温度随深度单调增大;盐度变化范围为3.30～11.70,冰内盐度剖面呈现“C”形,即表层和底层盐度较大,而中间层盐度较小;海冰的平均密度略大,为（0.91±0.03）g/cm³。通过观测人造光源在海冰中的透射辐射谱分布,发现一年冰的光谱透射辐射在490 nm和589 nm处呈明显的双峰结构,但随着海冰厚度的增加,双峰结构逐渐减弱,体现了海冰对于不同谱段辐射能衰减作用的差异。在可见光范围内,裸冰和雪覆冰的吸收率最小值出现在490 nm,在443～490 nm范围内二者的吸收率随波长增大而降低,在490～683 nm范围内二者的吸收率随波长增大而升高,但雪覆冰的吸收率在可见光范围内基本保持不变,体现了雪覆冰吸收率的光谱独立性。一年冰的谱衰减系数随波长呈“U”字形分布,紫光和红光谱段的衰减系数较大,中间谱段的衰减系数较小,589 nm波长的衰减系数最小,为1.7 m^–1。将谱衰减系数在可见光范围内积分,得到一年冰的积分漫射衰减系数约为2.3 m^–1,略高于多年浮冰的漫射衰减系数1.5 m^–1。阿蒙森湾一年冰与加拿大海盆北部多年浮冰辐射光学性质的差异,主要源于陆源物质输入引起的海冰内含物组分的改变,而不同组分对光谱的吸收和散射性质不同,进一步导致了光学性质的整体变化。     

印尼贯穿流出流海域海表高度时空变化

采用经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)分析方法对印尼贯穿流出流海域卫星测高海面高度异常资料进行了分析,分析结果显示研究海域海面高度异常存在多时间尺度变化特征。1993—2013年期间,研究海域海面高度异常场存在明显的升高趋势,其升高速率为0.6 cm/a;研究海域海面高度异常存在显著的年际变化,其与Niño3.4指数的相关系数超前滞后相关最大可达0.65,且厄尔尼诺年偏高,拉尼娜年偏低;海面高度异常年周期变化显著海域主要受印尼贯穿流、印度洋南赤道流和Eastern Gyral Current(EGC)季节变化的影响,半年周期变化则对应于爪哇沿岸流与南赤道流共同作用下形成的涡旋的半年周期变化;另外,研究海域海面高度异常还存在显著的季节内变化特征。     

基于潮汐模拟的印尼近海水深数据合成及评价

准确合理的地形水深是影响海洋数值模式模拟和预报的关键。印度尼西亚近海岛屿众多,地形复杂,单一来源的水深数据通常存在较大误差。潮汐数值模拟对地形极为敏感,且其计算量与海洋环流模式相比较小。因此,通过将基于不同水深资料得到的潮汐数值模拟结果与观测对比,能够在一定程度上反映所采用水深数据的准确性。利用FVCOM海洋数值模式建立了覆盖印尼近海的潮波数值模式,采用来自于ETOPO1和ETOPO5(美国地球物理中心发布的地形高程数据,分辨率分别为1′和5′)、卡里马塔海峡和巽他海峡海图水深数据,采用不同的合成方法制作了3套覆盖印尼海及其周边海域的融合水深数据,开展了印尼海及其周边海域的潮波模拟。模拟结果显示,在大洋中ETOPO1水深较为准确,在巽他和卡里马塔海峡、纳土纳海、爪哇海,海图水深更加准确,在阿拉弗拉海131°～135°E,以及卡奔塔利亚湾,使用ETOPO1和ETOPO5合成的水深模拟结果最优。基于这一结果,我们构建了覆盖印尼近海(100°～145°E,17°S～7°N)的融合水深数据,可为提高印尼近海海洋数值模拟精度提供帮助。