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。     

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。     

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.      

宫古海峡通道海流的高分辨率数值模拟

运用美国麻省理工大学MITgcm模式、模式嵌套技术和高分辨率网格(水平方向为1°/48×1°/48,垂向为22层),模拟了宫古海峡通道中的海流流动状况。流场不同分辨率的模拟结果表明,海底地形对宫古海峡通道中的海流流动影响显著;宫古海峡通道中的海流流动结构具有如下特征:垂向流动可分为3层,每层均存在流速核心;400 m以浅的上层海流从太平洋流入到东海,平均流速约为10 cm/s,流速核心位于160 m附近;400~1 000 m的中层海流从东海流出到太平洋,平均流速约为2 cm/s,流速核心位于650 m附近;1 000 m以下的深层海流从太平洋流入到东海,平均流速约为1 cm/s,流速核心位于1 200 m附近。宫古海峡通道中的海流流动具有较强的季节变化特征,秋末冬初流动较强,夏季流动较弱。     

基于不同海洋再分析资料的吕宋海峡热能输送及其变化

【目的】揭示吕宋海峡热能输运的季节和年际变化特征,并评估不同海洋再分析资料计算结果的异同。【方法】基于CMEMS的1993-2019年四套海洋再分析资料,通过对比分析,研究吕宋海峡120.75oE剖面热能输运的季节和年际变化特征。【结果】通过吕宋海峡的热能输送主要发生在500 m以浅,呈“流套型”或者“弯曲型”结构。净的热能输送以输入南海为主,夏季微弱净流出,其他季节是净流入,冬季最强。吕宋海峡净热输运年际变化存在约6 a周期,与ENSO显著正相关(P <0.05),在ENSO发展期的10月份和衰退期的4月份相关系数最高。【结论】吕宋海峡净热输运及相关流场和混合层的季节变化受南海季风和海洋环境季节变化影响显著,在年际尺度主要体现为与ENSO相关的变化特征。四套资料在描述吕宋海峡热能输运的季节和年际变化方面有较好的一致性,但是在输运强度和流场结构变化方面存在显著差异,其中FOAM资料的差异性较为明显。     

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。     

黄东海陆架及朝鲜海峡泥质沉积物的磁学特征比较研究

黄东海陆架和朝鲜海峡等5个泥质沉积区全新世中期以来(自约6kaB.P.至今)的细粒沉积物主要是黄河、长江和朝鲜半岛的河流入海物质在复杂的海洋动力系统中的沉积产物。对取自山东半岛北部近岸泥质区和长江口以南的闽浙沿岸泥质区(舟山群岛近岸海区)的表层细粒沉积物(粘土质粉砂和粉砂质粘土)开展了详细的岩石磁学测试,包括磁化率、等温剩磁和样品磁化率随温度的变化等分析,并将实验数据与以往研究过的济州岛西南陆架区、南黄海东南部陆架区和朝鲜海峡西岸等3个泥质沉积区细粒沉积物的磁学特征进行比较研究。结果表明,上述5处细粒沉积物的磁性矿物主要组分为磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿,其中低矫顽力磁性矿物为主,平均粒度为准单畴(PSD)。根据磁性矿物的粒度和低矫顽力组分的相对含量,这5处细粒沉积物可以划分为3种类型:第1种类型是朝鲜海峡西岸细粒沉积物,其磁性矿物的粒度最粗,低矫顽力组分的相对含量为中等;第2种类型是南黄海东南部陆架细粒沉积物,其磁性矿物的粒度为中等,低矫顽力组分的相对含量最大;第3种类型是山东半岛北部近岸、闽浙沿岸(舟山群岛近岸)和济州岛西南陆架区的细粒沉积物,其磁性矿物的粒度最细,低矫顽力组分的相对含量最低。在这5处细粒沉积物中,闽浙沿岸(舟山群岛近岸)细粒沉积物的磁性矿物含量最高,其他4处细粒沉积物的磁性矿物含量都较低且大体相当。这种磁学特征的差异反映了物源的不同。从磁学特征来分析,济州岛西南陆架区的泥质沉积物主要来自黄河和长江;南黄海东南部泥质区的主要物源是朝鲜半岛进入黄海的河流,黄河和长江对其没有重要贡献。     

混合坐标模式HYCOM模拟COADS强迫下的南海平均环流

采用混合坐标模式(HYCOM)模拟南海环流,同时利用海表温度卫星资料和吕宋海峡Sb-ADCP观测海流数据来评估模式结果.地形敏感性实验表明,吕宋海峡地形数据对模拟黑潮入侵方式影响较大,在地形误差较大的情况下,模拟的黑潮可能以反气旋流套方式入侵.和Pathfinder海表温度卫星资料比较,模式输出的月平均温度在海盆区域误差较小.ERA-15资料强迫所模拟的吕宋海峡上层环流和Sb-ADCP观测一致,而COADS结果低估了吕宋海峡的体积输送.