盛夏南海的水文与环流特征:2000年8月航次再探

在国家重点基础研究发展规划的支持下,2000年8月在南海组织了1次多船同步海洋学调查,是迄今为止盛夏期间唯一一次全海盆准同步水文观测。航次间遭遇的多种困难虽被及时化解,然而观测数据的质量已受影响。此前虽已有若干相关研究发表,但未见对观测数据进行质量控制和全面的分析。本文在对CTD和ADCP原始数据仔细校正的基础上,分析和讨论了盛夏期间南海海盆的水文和环流特征,冀留下尽可能完整的记录。分析表明,盛夏期间以海盆SW-NE向轴线为界,南海展现出不同的物理特征。轴线东南受季节性反气旋环流控制,其中次海盆尺度的南沙反气旋环流尤其强大;轴线西北则受各种中尺度现象支配,未见明显的大尺度环流结构。研究证实南沙反气旋环流的水平尺度超过400 km,垂直尺度达近千米,最大流速近1 m/s,是夏季南海最突出的环流特征,但发现其位置和强度存在显著的年际变化。研究并发现,不同于以往的认识,观测期间民都洛海峡交换呈"三明治"结构,表明随强迫条件变化,民都洛海峡交换可出现不同模态。     

吕宋海峡及周边海域湍流混合的时空分布特征研究

利用1992—2002年的温盐深数据与2012—2016年的Argo数据,基于细尺度参数化方法研究了吕宋海峡及周边海域(12°—30°N,115°—129°E)湍流混合的时空分布特征,并分析了地形粗糙度、内潮以及风输入的近惯性能通量对湍流混合的影响。结果表明,吕宋海峡和东海陆坡处具有强混合的特征,扩散率高达4×10~(-3) m~2/s,主要是由内潮产生导致的,其中吕宋海峡主要是M2、K1和O1内潮的贡献,而东海陆坡处主要是M_2内潮的贡献;南海北部也呈现较强的混合,且陆坡处的混合比海盆高1—2个量级;南海中央海盆和离岸的菲律宾海混合较弱,扩散率为O (10-5 m2/s)。此外,在研究区域内,湍流混合的年际变化和季节变化均不明显,且混合扩散率与风输入的近惯性能通量未表现出明显的季节相关。     

吕宋海峡不同湍流估算方法的应用对比研究

由于湍流混合直接观测技术难度大、成本高,很大程度限制湍流混合的研究,所以基于温、盐、流资料估算海洋湍流混合的方法应运而生。本文应用在吕宋海峡观测到的23个自由下降微结构湍流剖面仪观测数据和水文观测数据,首次对目前常用的Gregg-Henyey-Polzin(GHP)细尺度参数化、Mackinnon and Gregg(MG)参数化和Thorpe尺度方法进行比较研究,评估它们的适用性。发现GHP参数化方法能够很好地估算吕宋海峡的湍流混合。虽然GHP参数化方法估算的耗散率总体上要偏弱于观测的结果,但估算和观测的差异在2倍以内的结果占71%,与微结构湍流剖面仪观测到的耗散率在水平分布和垂向分布上呈现出相同的分布特征。基于MG参数化方法发现估算的吕宋海峡西侧1200m以浅的耗散率比观测值大,但总体上呈现出相同的分布特征。另外,MG参数化估算与观测差异在2倍以内的结果占58%。表明相比于GHP参数化方法,MG参数化方法的估算值更偏离观测值。Thorpe尺度方法在估算吕宋海峡的耗散率时,估算和观测的差异在2倍以内的结果仅有30%,70%的估算结果与观测结果相差高出1个量级,空间分布上与观测结果差异较大。对比吕宋海峡湍流混合参数化方法的结果表明GHP参数化方法最优,MG参数化方法其次,Thorpe尺度方法相对GHP和MG参数化方法较差。     

三种国际主流的北极卫星遥感冰速产品评估和分析

冰速是海冰的重要参数,但是受资料长度限制,对卫星遥感冰速产品进行系统比较和评估的研究还较少。利用2009年—2017年国际北极浮标计划（IABP）浮标冰速数据,较系统地评估了不同时间间隔的遥感反演冰速产品在北冰洋内区和弗拉姆海峡附近海区的表现。结果显示,对北冰洋内区而言,1 d间隔的美国国家雪冰数据中心（NSIDC）遥感冰速冬季误差整体大于夏季,冬季高估了波弗特海南部海冰向西的运动,低估了从喀拉海流向格陵兰岛北部的穿极流。对于5种2 d间隔冰速产品而言,产品精度不完全取决于源数据空间分辨率的高低,反演算法的改进和数据融合均能提高冰速的精度,均方根误差大小的顺序是OSISAF-Merged <OSISAF-AMSR <Ifremer-AMSR <OSISAF-SSM < OSISAF-ASCAT。对于4种使用相同反演算法的3 d间隔的冰速产品,产品的均方根误差取决于源数据分辨率,空间分辨率最高的Ifremer-AMSR冰速均方根误差最小。比较不同种类、不同时间间隔冰速的月平均均方根误差后可知,采用3 d间隔反演的冰速由于能够忽略更多短时间尺度海冰运动,其冰速均方根误差低于2 d间隔的冰速。在弗拉姆海峡,除Ifremer-AMSR外,其余冰速产品均具有较大的经向偏差和均方根误差。在冰速较快弗拉姆海峡,冰速产品均方根误差取决于源数据的分辨率。     

224,223Ra和137Cs在吕宋海峡及周边海域的分布以及其对“彩虹”台风的响应

本文报道2015年9月和2016年5月期间天然放射性核素²²⁴Ra和²²³Ra在吕宋海峡及周边海域表层和垂向水体的分布特征。为理解日本福岛核事故的影响,本文亦分析研究区域内人工放射性核素¹³⁷Cs的分布特征。结果表明,^224,223Ra和¹³⁷Cs比活度水平均处于我国南海海洋天然放射性本底变化范围之内。²²⁴Ra在吕宋海峡以西南海北部海域比活度较高,在吕宋海峡以东菲律宾海域比活度较低。¹³⁷Cs没有明显的分布趋势。基于三站位（LS3,LS5和LS8）²²⁴Ra、¹³⁷Cs以及温盐的垂向分布特征,本文揭示²²⁴Ra和¹³⁷Cs在热带表层水、次表层水和中-深层水中比活度水平和梯度变化的差异特征。彩虹台风事件扭转了整个吕宋海峡及周边海域的海流循环过程。大量以低水平²²⁴Ra为特征的西太平洋海水涌入南海,降低水体²²⁴Ra比活度水平。但是,西太平洋和南海北部海域水体¹³⁷Cs比活度水平没有明显差异,台风导致的海流变化对水体¹³⁷Cs比活度没有明显影响。     

对马海峡水团组成对日本海温盐分布影响的季节及年际变化

基于WOD13(World Ocean Database 2013)的温盐观测资料,分析了对马海峡断面和日本海内一断面上温盐分布的季节变化特征,并利用水团组成混合比的方法探讨了对马海峡断面处的水团组成对日本海内断面上温盐分布的影响的季节和年际变化。研究表明:对马海峡断面上水团组成呈现显著的季节变化。冬季,整个水层被高盐水占据;夏季,对马海峡表层出现高温低盐水,底层为高盐水,次表层为表层低盐水和底层高盐水的混合水体;春秋为过渡季节。日本海断面上,秋季温盐分布最为复杂,表层为高温低盐水,次表层为高盐水,其下为低温高密水。两个断面季节变化对比可以看出,夏季对马海峡断面处的水团组成会影响秋季日本海断面上的温盐分布。夏季对马海峡表层和次表层水是秋季日本海断面表层50m以浅出现低盐水的主要原因;对马海峡深层高盐水主要影响秋季日本海断面50～150m水层,混合比可达0.82;其下为日本海固有水。夏季对马海峡处水团组成的年际变化也会影响秋季日本海断面上温盐分布的年际变化。长江流量较大的年份,夏季对马海峡表层和次表层低盐水的核心盐度值偏低,秋季其在日本海断面上的混合比就高于其他年份;对马海峡底层高盐水在日本海断面上混合比的年际变化则决定于其影响水层上的流场结构和温盐分布。     

吕宋海峡附近海域海表面高度季节内变化

利用1993~2017年海表面高度异常数据集,分析研究了西北太平洋季节内变化(20~120d)的整体分布特征,结果表明空间上季节内信号在20°N附近海域(16°~24°N)最强,时间上在6~8月达到一年中的最大值。在吕宋海峡东侧(123.875°E,20.125°N)季节内信号周期(70d)和传播速度(10.7~12.7cm/s)均大于吕宋海峡西侧(119.625°E, 20.125°N)(60 d, 6.5~7.8cm/s)。在大洋内部(123°~140°E, 18°~24°N)存在准90d的周期信号,传播速度约10.3cm/s。传播路径受黑潮的影响发生改变,由沿纬度西传转向向西北方向传播。第一斜压Rossby波理论对海表面高度季节内变化的周期和传播速度具有很好的解释性。     

平潭海峡大桥海上地震勘探

全长3478m的平潭海峡大桥是一大型桥梁工程, 桥位自然条件恶劣, 工程地质条件复杂.为了克服浅层水域常见的电火花震源激发频率高、能量衰减快、探测深度浅等不足, 采用工程地震仪和振动冲击震源在海上开展地震反射波勘探工作, 结合地质钻探工作, 查明了桥址区的地层岩性分布、地质构造等工程地质问题, 为桥梁建设提供了重要的地质依据.工程应用表明: 在地球物理条件不利的情况下, 获得了较清晰的地震反射波, 其有效波主频为200Hz左右, 是水域工程地震勘探经济环保、简单有效的工作方法之一.      

南极布兰斯菲尔德海峡表层沉积物中元素的地球化学相关性与影响因素初探

通过对南极布兰斯菲尔德海峡26个站位表层沉积物的地球化学组成的因子分析和相关分析,探讨了影响表层沉积物地球化学特征的主要因素。揭示了控制沉积物特征的地球化学作用。结果表明,岛（陆）架－－岛坡区表层沉积物地球化学特征较复杂,受到多种因素的影响,最主要的是受沉积区离岸远近和水深大小等因素控制的钙质生物、硅质生物和陆源碎屑的沉积作用,其次为中酸性火山碎屑沉积作用与基性火山碎屑的沉积作用;海槽－－陆坡区有层沉积物地球化学特征主要由硅质碎屑沉积和粘土质陆源、火山碎屑在时空旧的交替沉积所控制,宇宙源沉积、自生沉积、碱性火山碎屑沉积、热液作用等的影响较小。     

A 2D-numerical modeling of the generation and propagation of internal solitary waves in the Luzon Strait

The wide presence of internal solitary waves (ISWs) in the northern South China Sea (SCS) has been confirmed by both Synthetic Aperture Radar (SAR) images and in situ observations. These ISWs are believed being generated over the varying topography in the Luzon Strait. They typically propagate westwards into the SCS with a diurnal or semidiurnal period. Their generation sites are, however, not yet solidly identified. To obtain a clear picture of the ISWs, we designed numerical experiments to analyze the generation and propagation of the ISWs in the Luzon Strait using a 2-dimensional non-hydrostatic model. The model current is forced by barotropic or baroclinic currents imposed at open boundaries. The experiments show that the tidal current serves as a kind of triggering force for the ISWs over the submarine ridges in the strait. Under the forcing of tidal currents, depressions are formed near the ridges. The ISWs then split from the depressions through a process different from lee-wave generation mechanism. The appearance of the ISWs is influenced by the strength and period of the forcing current:the ISWs are more likely to be generated by a stronger tidal current. That is why the ISWs in the Luzon Strait are frequently observed during spring tide. Compared with diurnal tidal current, the ISWs generated by semidiurnal tidal current with the same amplitude is much more energetic. It is partly because that the wave beams in diurnal frequency have a larger angle with the vertical direction, thus are more likely to be reflected by the topography slope. The impact of the Kuroshio to the ISWs is also analyzed by adding a vertical uniform or shear current at boundaries. A vertically uniform current may generate ISWs directly. On the other hand, a vertically shear current, which is more realistic to represent the Kuroshio branch, seems to have little influence on the generation process and radiating direction of the ISWs in the Luzon Strait.