中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

渤海夏季环流的高分辨率海浪-潮汐-环流耦合模式研究

The Bohai Sea is a shallow semi-enclosed inner sea with an average depth of 18 m and is located at the west of the northern Yellow Sea. The climatological circulation pattern in summer of the Bohai Sea is studied by using a wave-tide-circulation coupled model. The simulated temperature and the circulation agree with the observation well. The result shows that the circulation pattern of the Bohai Sea is jointly influenced by the tidal residual current, wind and baroclinic current. There exists an obvious density current along the temperature front from the west part of the Liaodong Bay to the offshore area of the Huanghe Estuary. In the Liaodong Bay there exists a clockwise gyre in the area north to the 40°N. While in the area south to the 40°N the circulation shows a two-gyre structure, the flow from the offshore area of the Huanghe Estuary to the Liaodong Bay splits into two branches in the area between 39°N and 40°N. The west branch turns into north-west and forms an anti-clockwise gyre with the south-westward density current off the west of the Liaodong Bay. The east branch turns to the east and forms a clockwise gyre with the flow along the east coast of the Liaodong Bay. The forming mechanism of the circulation is also discussed in this paper.     

南海北部水合物富集区水道特征对比与成因分析

天然气水合物作为现今乃至未来的重要清洁能源之一,其沉积环境和成矿条件的研究一直是国内外地质学家关注的热点问题,我国2007年、2013年及2015年已先后在神狐、和东沙海域多次成功钻获了天然气水合物实物样品。由此南海北部陆坡成为探讨天然气水合物沉积成因与成矿条件的重要试验区。然而,南海北部陆坡区的神狐、东沙及琼东南三个海域均有不同程度的天然气水合物发现,其各自的水深、沉积特征、气源成因及水合物成矿条件各有特点。本文利用地震沉积学原理,结合不同沉积相和沉积演化和古地貌、海平面变化和构造运动等因素,识别出不同类型的地震相。通过对比南海北部陆坡区域的水道系统的MTDs,认为其发育位置、展布和控制因素的不同影响了沉积展布。其中东沙区域位于近物源的上陆坡,神狐区域位于正常的缓陆坡区域,琼东南区域位于远离物源的海底平原区域。并且,水道系统可以分成侵蚀型,侵蚀-加积型和加积型,MTDs也可以分成头部拉张型,中部过渡型和趾部挤压型。     

全球大洋潮汐模式在北印度洋潮汐预报准确性的评估

为评估DTU10、TPXO8、GOT00.2和NAO.99b 4个全球大洋潮汐模式对北印度洋潮汐的预报能力,采用英国海洋资料中心提供的海区中部和沿岸站潮汐调和常数资料,检验了这些模式4个主要分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)的准确度。它们的各分潮调和常数资料准确度都比较高,振幅绝均差的最大值仅5.61 cm,迟角绝均差的最大值仅9.13°。这些模式的调和常数给出潮波传播特征差别不大。基于这些模式提供的调和常数,分别建立了北印度洋4、8和16分潮潮汐预报模型,将预报结果与中国海事服务网提供的沿岸24个站潮汐表资料进行对比。各模式的8分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1)潮汐预报模型均优于4分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)潮汐预报模型,NAO.99b模式可以提供16分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1、MU_2、NU_2、T_2、L_2、2N_2、J_1、M1、OO_1)潮汐预报模型,但是对预报结果改善不明显;在各模式中,GOT00.2模式的8分潮潮汐预报模型对北印度洋沿岸的预报效果最好,平均绝均差为14.97 cm。     

长江口外潮汐精细化模型研究与精度分析

长江口外海上测量除受风浪影响较大外,最重要的问题是潮位控制非常困难。文中简要阐述了开展长江口外潮汐精细化模型研究的方法,介绍了利用潮汐精细化模型对长江口外航路任意点进行潮汐预报的方法,并通过实测数据进行了精度分析,提出了建议。     

深水弯曲水道几何形态定量分析——以赤道几内亚Rio Muni盆地为例

深水水道作为深水沉积体系中重要的沉积单元之一,一直是深水沉积和地层研究的热点。基于西非几内亚湾Rio Muni盆地陆坡区的高分辨率三维地震资料,利用地震属性及参数定量分析法对第四系陆坡重力流水道的剖面和平面形态进行了研究,旨在探索深水水道内部结构的相互影响和外部因素对水道形态的控制,丰富深水沉积学理论。研究表明:坡度及距水道头部距离影响了深水水道的剖面和平面形态,随着坡度变缓,距水道头部距离越远,水道宽度越小;堤岸于中、下陆坡开始发育,水道堤岸脊的高程差及内、外弯曲带都不同程度地影响了堤岸的长度;水道的弯曲度控制着堤岸脊高程差的变化,同时作用于堤岸长度的变化;样本水道为高弯曲水道,且弯曲度受地形坡度控制。     

新型远距离验潮系统集成设计与研制

我国的海洋活动逐步向远海开展,对海洋观测技术提出了新的要求。基于GNSS的动态后处理差分测量技术,提出了一种新型远距离验潮系统。建立了基于PC104总线的模块化潮汐测量系统硬件,基于LabVIEW语言开发了与验潮系统硬件相匹配的软件,实现了潮汐测量过程中数据采集、数据处理和设备监控等功能。将该系统安装于国内某大型海洋浮标,在离岸约200km的海域开展了潮汐测量实验,通过GNSS数据解算、高程修正、滤波和潮位提取等数据处理步骤得到潮位数据。将系统测量的潮位结果与经典潮汐模型的潮位模拟数据相比,发现二者具有良好的一致性,整体潮位测量精度为4.6cm。     

Landsat-8热红外数据监测田湾核电站温排水分布

基于2015—2017年的多景Landsat-8热红外数据,采用辐射传输方程法反演田湾核电站邻近海域海面温度,依据反演所得海面温升分布图对温排水的分布特征进行分析。结果表明:田湾核电站温排水的扩散方向和影响范围与潮汐状态密切相关。在涨潮中期阶段,温排水分布范围较小,其中1℃以上温升区域面积不足10 km~2;在高、低平潮阶段,温排水扩散面积相近,其中1℃以上温升区域面积约15 km~2;在落潮中期阶段温排水分布范围最大,1℃以上温升区域面积可达30 km~2,但4℃以上高温升区域面积较小。高温升区域多出现在排水口以南至以东附近海域,随着温排水向周围海域扩散,温升逐渐呈衰减分布。     

滩涂机载LiDAR点云数据滤波方法研究

机载LiDAR点云数据滤波是制作高精度数字地形产品的重要环节。通过分析常用滤波算法基本原理、滩涂机载LiDAR点云数据的特点,提出了一种基于潮汐水位高程约束,移动窗口滤波与三角网渐进加密滤波组合的滤波方法。试验表明:该滤波方法获取的滩涂地形有效点云数据质量与人工滤波结果相当,在一定程度上提高了滩涂区域机载LiDAR点云数据滤波的效率,为快速获取滩涂区域数字高程模型提供了有效途径。     

基于GIS的宁波市海洋专题保障预报综合信息服务平台开发与应用

利用GIS地理信息系统、网络数据库等技术,设计开发一个集港口码头潮汐潮流精细化预报、海上搜救辅助决策、海上溢油及化学品漂移扩散辅助决策、海洋环境预警预报等功能于一体的宁波市海洋专题保障预报综合信息服务平台,为宁波涉海涉渔部门提供精准直观、灵活多样的各项专题海洋预报产品,更好地服务宁波市海洋经济的发展,提升地方政府海上突发事件应急能力。