基于拉格朗日拟序结构的黑潮区域海流运输结构提取和分析

海流的拉格朗日运动对于研究物质输送有着重要意义,拉格朗日拟序结构(LCSs)作为研究海流结构的新型方法,相比于传统欧拉方法更为客观。本文提出了一种新的计算LCSs束的方法,基于25年的平均速度场,利用变分方法计算得到黑潮区域的气候态LCSs,并通过简化合并的方法得到了气候态LCSs束,该LCSs束能够突出地显示出海流特性和运输模式,其代表的平均拉格朗日环流有很强的约束作用,且具有鲁棒性。最终我们获得了气候态下12个月份的流场结构图,揭示了月周期性拉格朗日环流规律。本文还利用虚拟粒子输运、多年浮标轨迹以及气候态温盐异常3种方法进行了验证,与拉格朗日运输模式相吻合,证明了海流拉格朗日拟序结构的准确性和可靠性。     

基于拉格朗日拟序结构的吕宋海峡表层水交换研究

黑潮通过吕宋海峡入侵南海呈现明显的瞬态特征。以往的研究通常将黑潮在吕宋海峡附近的流态分为几种不同类型。本文基于表层地转流计算得到的有限时间李雅普诺夫指数场（FTLE）,展示了拉格朗日视角下的吕宋海峡上层水交换特征。从FTLE场提取的拉格朗日拟序结构（LCSs）很好地识别了吕宋海峡附近的典型流态和旋涡活动。此外,这些LCSs还揭示了吕宋海峡周围复杂的输运路径和流体域,这些特征得到了卫星跟踪浮标轨迹的验证,且从流速场中是无法直接识别的。FTLE场显示,吕宋海峡附近表层水体的输运形态主要可分为四类。其中,黑潮直接向北流动的“跨越”形态和顺时针旋转的“流套”形态的发生频次明显高于直接进入南海的黑潮分支“渗入”形态和南海水流出至太平洋的“外流”形态。本文还进一步分析了黑潮在吕宋海峡处的涡旋脱落事件,突出强调了LCSs在评估涡旋输运方面的重要性。反气旋涡旋的脱落个例表明,这些涡旋主要源自黑潮“流套”,涡旋脱落之前可有效地俘获黑潮水。LCS所指示的输运通道信息有助于预测最终被反气旋涡所挟卷水体在上游的位置。而在气旋涡的形成过程中,LCS的分布特征表明,大部分气旋涡并未与黑潮水的输运路径相连通。因此,气旋涡对从太平洋到南海的上层水交换的贡献较小。     

地下水气体组分的潮汐变化

我们观察了日本中部Omaezaki地区地下水气体组分时间序列数据的周期性变化,Omaezaki是日本地震预报目录中即将到来的Tokai地震前兆信号观察的重要地区.我们已经开始在一口100 m深的井中对地下水中气体组分进行持续监测.     

含氮气体在海盐表面的非均相反应对中国近海大气氮干沉降的影响

通过改进WRF-CMAQ大气化学传输模型的非均相反应模块,模拟了2014年春季(4月28日～5月18日)中国东部沿海和近海海域大气中含氮物质的浓度和干沉降通量,分析了含氮气体在海盐表面的非均相反应过程对含氮物质浓度、相态分配和干沉降通量的贡献。模拟结果表明,海盐表面含氮气体的非均相反应使得渤海、黄海、东海等近海海域大气中NO_2、N_2O_5、HNO_3气体向粗颗粒NO~-_3(NO~-_(3coarse))转化,模拟期间三种气体平均浓度分别降低了0.4%～5.2%、4.7%～18.2%和9.2%～15.6%,NO~-_(3coarse)平均浓度增加了25.3%～35.1%;受含氮物质相态变化的影响,总无机氮日均干沉降通量在渤黄东海大气中增加了1.5%～3.7%,其中NO~-_(3coarse)日均干沉降通量增加27.6%～52.4%,而HNO_3和N_2O_5气体日均干沉降通量分别减少9.6%～16.0%和12.3%～23.9%。污染天气条件下,总无机氮干沉降受非均相反应的影响较干洁天气更加显著,渤海、黄海、东海总无机氮日均干沉降通量可提高4.2%～17.1%,分别为干洁天气条件下的2.3、2.9和1.9倍。     

中国海洋上空细粒子气溶胶与短寿命痕量气体的时空关系

定量分析气溶胶与痕量气体之间的时空变化关系有助于进一步研究气粒转化。本文采用2006年—2015年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子模态比(FMF)和OMI痕量气体(SO_2、NO_2和HCHO)数据,对黄海、东海和南海区域上空的细粒子气溶胶与痕量气体进行定量分析。先对气溶胶和痕量气体作均值分析发现:AOD_(fine)、SO_2、NO_2和HCHO的均值在黄海、南海、东海均依次减小;再对气溶胶对痕量气体的敏感度分析发现:黄海地区的AOD_(fine)对SO_2最敏感,敏感度为0.424,这与中国东部沿海城市的人为排放有关;而东海和南海地区对HCHO的敏感度较高,依次为0.664和0.545,主要受东南亚和中国南方地区生物质燃烧影响。最后,对3个区域的气溶胶与痕量气体按季节作相关性分析发现:黄海地区AOD_(fine)在夏秋两季与SO_2的相关性较强(R0.5),主要由于夏秋两季的温湿度大,利于发生气—粒转化;东海地区夏季HCHO与AOD_(fine)相关性较明显(R=0.57);南海春季HCHO与AOD_(fine)相关性较好(R=0.57),呈现出区域与季节性的变化。最终发现,气溶胶与痕量气体随着时空变化存在相关关系。     

渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响

阐明渤海环流和潮余流的分布特征及其与沉积物输运之间的关系。本文根据80年代以来的实测海流资料得到：辽东湾的环流是顺时针向的；黄河三角洲外海存在着一支流向东北偏北向流，与辽东湾西部的东北向海流相接；渤海湾内的环流北部为反时针向，南部为顺时针向回转的双环结构。上述环流趋势与渤海沉积物分布相一致。渤海沿岸主要入海河流的特征矿物分布正是上述环流存在的最好佐证。文中进一步讨论了潮余流分布特征及其对渤海环流的贡献。     

渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响

阐明渤海环流和潮余流的分布特征及其与沉积物输运之间的关系。本文根据８０年代以来的实测海流资料得到：辽东湾的环流是顺时针向的；黄河三角洲外海存在着一支流向东北偏北向流，与辽东湾西部的东北向海流相接；渤海湾内的环流北部为反时针向，南部为顺时针向回转的双环结构。上述环流趋势与渤海沉积物分布相一致。渤海沿岸主要入海河流的特征矿物分布正在上述环流存在的最好佐证。文中进一步讨论了潮余流分布特征及其对渤海环流的     

渤海环流与输运季节变化的数值模拟

渤海的风和温度层结有明显的季节变化，因而其环流与输运亦有明显的季节信号，以季节平均的海面气象条件和开边界的潮波系统驱动三维斜压水动力模型-HAMSOM，模拟了渤海冬、夏了的总环流，渤海环流冬强夏弱，表层风漂流常被下层逆风流所补偿，深度平均环流，即水柱内的输运，流型有显著的季节变化；冬季在渤海中部沿逆时针方向旋转，辽东湾项有一个顺时针流涡，阻碍了湾顶水与外海水的交换；夏季则为一个大的贴岸的顺时针流环，内嵌许多局地涡旋，这些与渤黄东海海洋水文图集中给出的多年观测的环流基本相同，同时也被水文要素分布及耐盐浮游动物的出现所佐证。风的季节变化决定了渤海大部分海区、特别是海峡附近环流的季节变化，但辽东湾东岸众多的岬角涡旋却不随季节变化，因为它们是由潮波系统与岬角岸型变化的非线性相互作用产生的。     

Barents海巨大的海底火山口中潜在的水合物丘状体

穿过Barents海“火山口区”的多次调查资料的解释结果提供了该区火山口（大洼地，直径300－500m，深10－30m)，与距今大约15000年冰消作用后气体逸出相关联的进一步证据。为山口的位置表明气体的流动受到三叠纪粉砂岩基岩断裂的控制。数个火山口内的地形高处（由棱角状的岩石组成，局部隆升于火山口壁围岩之上），被解释为水合物丘状体，说明了在火山口形成之后气体仍持续不断地流动。这可能是最早报道的在岩化沉积物中存在的水合物丘状体。假定这种气体为甲烷，海底温度与现今的相似，那么，当海底位于海平面之下280－340m时（比现今低10－80m)就会形成水合物丘状体。地化研究为紧邻火山口区海底浅层中气体水合物随季节性温度变化而分解这一论点提供了证据。     

黄、东海陆架区悬浮体输运的时空变化规律

利用ＮＯＡＡ卫星１９９５年１月－１９９７年２月的海洋遥感资料系统的分析和研究了黄、东海陆架区悬浮体向深海输运的时间和空间变化规律,并对其动力机制进行了分析和探讨,研究结果表明,黄、东海悬浮体在１１－３月份向外海输运阶段,５－９月份则同近海为内储阶段,４月份为输变退的月份,１０月份则是退变输的月份,其中３月份黄、东海悬浮体向东海深海输运得最远,９月份则向岸退得最远;黄、东海表面悬浮体向东海的输运范围一般皆位于１００ｍ等深线以内,并很难越过黑潮水系,而输向深海的悬浮体又大都在黄海暖流的作用下回输黄海,其大部输向韩国西南海域。