铁假说和HNLC海区的现场铁加富实验

20世纪90年代,JohnMart in提出的"铁假说（ironhypothesis）"和以此为中心的海洋铁加富实验（ironenrichments）成为海洋科学领域最受瞩目的事件。"铁假说"的主要内容是：铁限制了HNLC海区中浮游生物的生产力,并进而影响了CO₂由海洋上层向深层的输出;如果在HNLC海区加入铁,就可以促进浮游植物的生长,消耗掉过剩的 N、P营养盐,加速C从海洋表层向深层输出,最终降低大气中CO₂含量,缓解温室效应。在赤道太平洋和南大洋进行的现场加富实验证明,加入铁以后,这些海区的浮游植物生物量增加,N、P等营养盐被消耗。但是,这些实验并没有降低大气中CO₂含量。铁假说只被证实了一半。     

分层密度流体的边界波动在不透水刚性底床的运动行为——Ⅱ分层条件对传动波型的影响

在两层流体中,内波的特性受到许多控制变因的影响,其中包括上下层水深比、造波区位能差(位能大小)、上下层的密度比等。本文以成功大学水工试验所研发的MNDAS套装软件记录,协助数据分析及处理,研究上下层水深比对内波波型的影响,当水深比值差异越大造成的孤立波形与明显,且Kdv及修正mKdV可以合理描述内波振幅与频率之间的关系。     

分层密度流体的边界波动在不透水刚性底床的运动行为——Ⅰ造波条件对波型演化的关系

在一座二维内波实验水槽(12 m×0.7 m×0.5 m)、于总水深H等于40 cm的条件下,以淡、盐水依密度分层布置的两层流体,从事孤立内波生成的研究。内波水槽内的上下层水深比H₁/H₂、造波区位能差(η₀)、上下层的密度比皆为实验主要的控制变因。在各种不同实验条件配合之下,试验及比较以上变因对内波振幅能量及相关传递系数的影响,进而产生几种不同的波动特性:上举型孤立内波、下沉形孤立内波、非周期性的重力内波等,且不同形式的重力内波需要配合固定的造波条件使能达成。     

两层流体中内波作用下Spar平台运动响应

研究两层流体中Spar平台在内波作用下的运动响应问题。在线性势流理论框架,提出在内波作用下Spar平台运动响应及分段式悬链线系泊张力特性的计算方法。数值分析两层流体内界面位置、入射内波的波长以及系泊索初始预张力对Spar平台运动响应及其系泊索张力特性的影响规律,结果表明内波对Spar平台纵摇运动响应的影响是小的,但对Spar平台纵荡与垂荡运动响应及其系泊索张力的影响是不可忽视的。因此,在Spar平台的设计中,考虑内波的影响是重要的。     

海洋背景磁场模拟计算及东中国海表层磁场分布

海洋中海水的运动会切割地球磁场,生成微弱的电场,进而在海洋内部和周围空间激发感生电磁场,即约为地球磁场一万至十万分之一的微弱海洋背景磁场.文中针对海洋背景磁场的生成机制及近几十年来对海洋背景磁场的理论研究,结合世界磁场模型WMM2005,模拟计算了三种典型的海洋运动--海浪、海流、内波所产生的感应磁场,建立了海洋背景磁场的数值计算模型,并在此基础上设计开发了海洋背景磁场的模拟计算软件.最后用卫星多传感器资料驱动普林斯顿海洋动力学模式,得到的东中国海2005年海洋表层环流数据,模拟计算了东中国海海表层磁场分布,对其磁场变化与分布规律作了简要分析.     

Dynamical analysis of mesoscale eddy-induced ocean internal waves using linear theories

This study aims to explore generation mechanisms of the ocean internal wave using the dynamical analysis methods based on linear theories. Historical cruise measurements and recent synthetic aperture radar （SAR） observations of mesoscale eddies with diameter of several tens of kilometers to hundreds of kilometers show that the internal wave packets with wavelength of hundreds of meters to kilometer exist inside the mesoscale eddies. This coexistence phenomenon and inherent links between the two different scale processes are revealed in the solutions of governing equations and boundary conditions for the internal wave disturbance with a horizontally slowly variable amplitude in a cylindrical coordinate system. The theoretical solutions indicate that the instability of eddy current field provides the dynamical mechanism to internal wave generation. The derived dispersion relation indicates that the internal wave propagation is modified by the eddy current field structure. The energy equation of the internal waves clearly shows the internal wave energy increment comes from the eddy. The theoretical models are used to explain the observation of the mesoscale eddy-induced internal waves off the Norwegian coast. The two-dimensional waveform solution of the anticyclonic eddy-induced internal wave packet appears as ring-shaped curves, which contains the typical features of eddy stream lines. The comparison of theoretical solutions to the structure of the internal wave packets on SAR image shows a good agreement on the major features.     

基于Faster R-CNN的卫星SAR图像南海海洋内波自动检测

海洋内波广泛存在于世界各大洋和边缘海中,在海洋能量串级中扮演着重要角色,在海洋资源开发、海洋工程建设和海洋军事活动等方面均具有重要学术价值与实际意义。海洋内波在合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)图像上呈现出亮暗相间的条纹状特征。本文利用2001年—2020年南海海域包含不同微波波段(C、L、X)、不同极化方式、不同空间分辨率的631幅星载SAR图像,构建了5480个SAR图像南海海洋内波样本,结合Faster R-CNN框架,利用迁移学习的方法,实现SAR图像上的海洋内波自动检测。模型识别准确率达到95.7%,召回率为92.3%,在准确率较高的同时还能保持较低的虚警率。该算法的建立使得基于海量卫星SAR数据检出海洋内波成为可能,从而为针对性地开展内波动力参数反演和过程研究提供了技术和数据基础。     

海底山脊作用下内孤立波破碎研究

基于实验室水槽实验,研究了内孤立波在海底山脊地形存在下的破碎过程。实验设置了两层流体的分层环境,定量地控制了上下层水体厚度及密度,使用不同高度的高斯地形模拟实际的海山作用,讨论了不同高度地形作用下内孤立波破碎过程的异同。实验结果表明,内孤立波的破碎过程中由于逆压梯度的存在,在地形处发生边界层分离,产生了底边界层反向射流和涡脱落现象,计算了内孤立波破碎过程中产生的底部切应力的分布。本文通过实验模拟了内孤立波再海山作用下的破碎过程,进一步探究了海山对内孤立波破碎的影响和底部切应力的作用,对于研究自然界中海洋内孤立波在海山区域的破碎现象有参考价值。