日本福岛放射性污染物在北太平洋海水中的输运模拟与预测

针对2011年3月11日地震和海啸引发的日本福岛核电站放射性污染物泄漏事件,利用ROMS海洋模式对北太平洋海洋环流进行了模拟,并在该海洋环流数值模拟结果基础上,对核泄漏物质在海洋中的输运过程进行了10年的中长期模拟和预测.模拟结果显示:放射性污染物通过北太平洋低位涡水的输运通道到达我国近海的时间约为12年;表层放射性污染物随着海流最远输运到140°W后便分为南北两支,南支随着赤道流系向西输运,可以影响到菲律宾以东洋面,北支到达北美西海岸后随沿岸流向南北输运,北向输运可以影响到白令海峡;200m层的放射性污染物进入海洋后的输运分为3个部分:一部分沿深层海水流动向西南输运;一部分随低位涡水团输运影响台湾以东海区;还有一部分随黑潮延伸体向东输运,并分为两支,其中一支会输运到北美西海岸,另外一支向南影响到夏威夷岛周围海域.最后,结合污染物漂移扩散模型估算了放射性污染物在海洋中的浓度扩散趋势:放射性同位素137Cs的浓度高值区逐渐向东移动,2年后可达太平洋海盆中部,8年后可达北美西海岸,虽然影响范围不断扩大,但其极值浓度在不断降低.     

福岛核事故泄漏的大气放射性核素监测及其对西安地区的影响

2011年3月日本福岛核电站受海啸冲击后发生了严重核事故, 并造成放射性核素的大量泄漏. 事故发生后, 在西安开展了3个月的大气放射性核素监测, 获得了¹³¹I, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs和¹³³Xe等核素的浓度数据, 并结合切尔诺贝利核事故后西安的监测数据及其他国家和地区的监测数据对本次监测结果进行了讨论, 分析了泄漏核素到达西安的可能路径. 从传输路径分析来看, 福岛泄漏核素的扩散主要受西风影响, 但在太平洋局部出现的反气旋和源项的连续释放特点, 使泄漏核素到达中国的大气传输路径比较复杂.     

2011 年3 月日本福岛核泄漏物质输运扩散路径的情景模拟和预测

2011 年3 月受日本以东地震和海啸影响, 日本福岛核电站发生核物质泄漏. 本文提出泄漏物质自然输运的3 种通道: 大气快速输运通道、海洋表层慢速输运通道和海洋内部极慢速输运通道. 基于短期气候预测模式和海洋环流数值模式, 在理想假设条件下, 对核泄漏物质的输运扩散路径进行了情景模拟和预测. 结果显示: 若泄漏源设置在近地层992hPa, 10 d 后影响范围可达北美大部地区, 但浓度比所设置的源区浓度低约6 个量级, 15 d 后可影响到欧洲, 20 d 后前锋进入中国西部地区, 30 d 后则布满整个纬带; 若泄漏源在5 km 高度, 泄漏10 d 后影响范围可覆盖欧洲, 15 d 即可布满整个纬带; 若泄漏源在10 km 高度, 10 d后即可影响中国大部分区域. 核泄漏物质通过海洋表层通道向东输运则缓慢得多, 50 d 后到达150°E 左右, 且影响范围仅在一条狭窄条带内. 大气通道影响范围巨大, 甚至可到达赤道海域上空, 但核泄漏物质的浓度很快降低. 大气环流上游如北美和欧洲的大气质量监测结果对中国具有重要的参考价值.     

印度尼西亚贯穿流与南海贯穿流的相互调制

基于风应力估算和海洋同化数据的分析都表明，印度尼西亚贯穿流与南海（吕宋海峡）贯穿流的年际变化呈反位相，其主要原因是赤道太平洋风场异常强迫．在E1 Nino期间，赤道太平洋的西风异常会使北赤道流增强，其分叉点向北移动；北赤道流对黑潮和棉兰老流的体积输送分配产生变化，黑潮减弱，棉兰老流增强．两支环流的变化会导致在吕宋海峡和苏拉威西-棉兰老通道处出现入隙／跨隙（undershooting／overshooting）现象，即黑潮减弱会导致从太平洋进入南海的水体增加，而棉兰老流增强会导致太平洋进入印度洋水体的减少．La Nina期间，情况与之相反．因此，印度尼西亚贯穿流和吕宋海峡贯穿流的年际变化关系具有深刻的海洋动力学意义．     

理想海底地形的南海海洋经向翻转数值模拟

利用一个z坐标刚盖近似海洋环流模式, 分别在吕宋-台湾以东的闭边界和开边界两种情况下, 模拟了理想海底地形(1000 m平底)南海冬季和夏季上层环流的经向翻转(meridional overturning), 目的是为了分析黑潮入侵南海的可能影响范围及其对南海上层环流经向翻转的改变, 并比较这种影响的季节性差异. 模式采用气候平均的海面风场驱动, 热盐强迫采用基于向Levitus气候海面温度和盐度张弛的边界条件. 从模拟结果来看, 黑潮影响南海上层经向翻转的范围可达到10°N左右, 从而驱动南海上层海洋形成一个不闭合的经向翻转. 在冬季(1月份), 海水从大约400 ~ 500 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部; 在夏季(6月份), 也有类似的情形, 海水从大约150 ~ 200 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部. 该经向翻转描述了南海中、上层水的运动路径, 为研究南海风生-热盐环流动力学提供了理想化的参考依据.     

南海北部海域跃层上部的湍流耗散

频发的非线性内波(内孤立波)与内潮活动是南海北部上层海洋动力的重要特征,特别是在南海东北部东沙群岛邻近海域,内孤立波与内潮活动非常活跃,大量的内孤立波与内潮能量在此耗散掉,产生很强的湍流混合.然而,目前国内外对南海北部海域湍流耗散与混合的直接观测研究还非常有限,且主要局限于对吕宋海峡邻近     

西太平洋-南海中尺度水位波动的耦合传播特征

通过对沿21°N和南海北部陆坡一线卫星高度计沿轨海面高度波动的时间序列分析, 研究西太平洋和南海之间中尺度水位波动的耦合传播特性, 以探讨西传的太平洋中尺度波动经吕宋海峡进入南海的可能性. 分析显示, 西太平洋中尺度波动对南海的影响有限, 除45 d频带之外吕宋海峡两侧不存在统计意义上显著的波动传播. 迹象表明45 d波动很可能是黑潮自身的属性, 来自其低纬度源地. 分析还认为, 西传的自由Rossby波在遭遇吕宋海峡黑潮这一动力学壁垒后将变形解体, 黑潮进而以自己的方式影响南海. 就中尺度波动的耦合传播而言南海是一个相对独立的系统.     

南海再探可燃冰——“海洋六号”科考船开赴南海北部

近期,我国第一艘自主设计的"海洋六号"科考船再次开赴南海北部区域,对那里的可燃冰资源进行新一轮的精确调查,为下一步更加精确的勘探工作做准备。据悉,在我国南海北部神狐海域钻探目标区内圈定的11个可燃冰矿体,含矿区总面积约22平方公里,预测储量约194亿立方米。据相关人员介绍,南海北部的可燃冰储量     

夏季台湾海峡的悬浮颗粒通道:现场粒度端元分析的证据

应用端元分析模型对2010年夏季在台湾海峡海域由现场激光粒度分析仪(LISST)获得的悬浮颗粒现场粒度数据进行了反演,分离出与河口羽流、细粒沉积区、粗粒沉积区颗粒物动力学过程关联的3个悬浮颗粒现场粒度端元类型.应用夏季西南季风盛期各端元含量空间分布结构的分析,可分辨出珠江河口羽流携带的悬浮颗粒穿越台湾海峡进入台湾西部近岸海域的输运路径,观测到河口悬浮颗粒跨陆架输运载体由上层水体到跃层水体的沿程调整,证明了台湾海峡中部细粒沉积区的上层水体为夏季台湾西部沿岸来源悬浮颗粒横跨海峡的输运通道,而中下层水体则为夏季台湾海峡南部粗粒沉积区悬浮颗粒通过台湾海峡进入东海陆架的主要通道.     

卫星资料揭示的春季黑潮海区海洋对大气的影响及其机制研究

采用最新的高分辨率卫星观测资料研究了春季西北太平洋黑潮海区海洋与大气之间的关系, 特别是海洋锋区上海气之间的关系. 资料分析表明, 黑潮海洋锋区上海温与海表面风速之间存在明显的正相关关系, 特别是当海洋锋区强并在其上产生明显的海洋波动时, 海温与海表面风速之间的正相关关系表现得更为显著. 这种海温与海表面风速之间的正相关关系与太平洋海盆尺度的海温与海表面风速之间的负相关关系正好相反, 清楚反映了春季黑潮海区海气之间表现为海洋对大气的作用. 随后, 采用一个高分辨率的区域大气模式进一步研究了海洋影响大气的可能机制. 数值模拟表明, 黑潮海区海洋锋区上海温变化可通过影响大气边界层稳定度以及边界层垂直混合来影响海表面的风速, 即海温升高时大气边界层稳定性减弱, 垂直混合增强, 从而把高层较大风速带至海表面, 海表面风速增强; 反之, 海温降低则大气边界层稳定性增强, 垂直混合受到抑制, 海表面风速减少.     

210Pbex在土壤中的深度分布和通过210Pbex法求算土壤侵蚀速率模型

中国和英国的3个土壤剖面给出了非农耕地和农耕地土壤中210Pbex和137Cs的深度分布, 这两种核素的深度分布非常相似, 非农耕地核素的最大浓度出现在土壤表层, 向下浓度呈指数急剧降低; 农耕地核素基本均匀分布于犁耕层深度内. 中国黄土高原的210Pbex本底值为573 mBq/cm2, 略高于英国的520 mBq/cm2. 20世纪50～70年代核试验产生的137Cs在土壤中呈非稳定态分布, 而土壤中的天然核素210Pb在土壤环境和侵蚀过程长期不变的情况下, 呈稳定态分布. 因此, 土壤中210Pbex的质量平衡不同于137Cs. 根据210Pbex连续沉降、衰变和流失的过程, 推导出非农耕地和农耕地土壤中210Pbex稳定态分布的质量平衡模型, 用以计算土壤侵蚀速率. 此外, 还给出了通过无侵蚀草地土壤中210Pbex的深度分布, 求算农耕地210Pbex表层富集系数的方法.     

黑潮延伸体综合观测浮标的研制与应用

浮标是获取水文、气象等环境参数的重要观测技术手段,是现代海洋环境立体监测系统的重要组成部分.西太平洋黑潮延伸体海域是全球海洋动力过程最为复杂、海洋-大气相互作用最为关键的区域之一,也是全球系统性海洋观测相对缺乏的海区之一,传统的大型海气浮标很难在该海区长期存活.基于此,中国海洋大学研发了一种适用于中纬度海区高海况条件下的大型海气综合观测浮标系统(China Kuroshio Extension Observatory,CKEO).该系统面向深远海大浪、强流、狂风等复杂的工作环境,对高海况下的浮标系统、深水锚系系统、观测系统等做了针对性设计,增强了浮标在高海况下的稳定性和可靠性.截至2022年底,该系列浮标已连续在位工作3年,支撑了对黑潮延伸体海域海-气物质能量交换等科学问题的研究,为“透明海洋”立体观测网络提供了重要的深远海长期观测节点.     

核泄漏放射物终将流回日本

日本气象专家研究小组通过海水中检测出来的浓度等数据,计算了核泄漏放射性物质铯137的流出量,结果是东电公司公布数据的3倍以上。他们以此为基础,分析了福岛第一核电站事故中流出的铯137在海中的扩散情况:从福岛县附近海洋到北太平洋,将在较浅的、不到200m深的海水中向东扩散。     

深海资源开发利用研究

正21世纪是开发海洋的世纪,目前海洋权益纷争不断的根源之一就是因为辽阔的海洋、深邃的海底蕴藏着丰富而巨量的资源。2012年以来,中国与周边国家关于海洋权益的争端越来越突出,在东海、南海海域都面临着与邻国海洋权益的争议问题,其中南海问题尤为突出,成为国际关系中的一个焦点与热点。海洋权益纷争不断,根源之一就是因为辽阔的海洋、深邃的海底蕴藏着丰富的资源。特别是进入21世纪后,随着科学技术的进步,对海洋资源及其环境的认     

海流的环球之旅

占地球面积70%的是海洋。在那里,巨大的海水构成生机勃勃流动的海流。到底是什么致使海水流动？在海洋中海流又是怎样环球旅行的？日本近海黑潮的部分海水几乎巡游世界,它在北大西洋沉入深海,上千年后再次返回太平洋。为了揭开海流之谜,我们追随海流作一次环绕地球的宏伟之旅吧。     

1986年南海季风海-气界面热量交换

为探索南海与季风相互作用, 用观测资料, 计算了1986年南海季风海气界面热量交换值. 结果: 南海夏季风爆发及其控制南海时, 位于(20.49°N, 114.14°E)附近海域, 在热带辐合带和热带气旋系统内, 海气界面热量交换强烈, 潜热迅速跃升, 1986年5月23日在台风系统内, 感热出现正值, 海洋向大气输送热量是主要现象, 主要贡献来自潜热. 夏季风控制南海天气晴好时, 海面温度虽然较高, 感热却出现负值, 大气向海洋输送热量是主要现象, 主要贡献来自海面吸收的短波辐射和感热, 结果与闫俊岳等的不同. 夏季风结束后, 南海受东北季风控制时, 海气界面热量交换非常强烈, 南海对大气加热是主要现象, 主要贡献来自潜热, 冷空气到达海面时, 感热量值迅速跃升均为正值. 结论: 南海海气界面热量交换的变化与海面温度变化趋势不一致, 季风控制南海时, 南海对夏季风响应为主.     

印度尼西亚贯通流年代际变化及成因分析

基于最新SODA资料研究了印度尼西亚贯通流(Indonesian throughflow, ITF)体积和热量输运的年代际变化, 并对其机制进行了初步探讨. 结果表明: ITF体积输运年代际变化主要产生在714 m以浅, 热量输运的年代际变化主要在450 m以浅. Davao南侧、新几内亚岛北侧和澳洲西北侧海域不同深度以上垂向积分海水压力年代际变化较为一致; 澳洲西北侧与Java岛南侧海域的垂直积分压力差与ITF体积输运在年代际尺度上具有最好的对应关系. 基于绕岛环流理论分析了年代际尺度上太平洋风应力与ITF体积输运的关系, 指出澳大利亚南端纬线上和赤道太平洋的纬向风应力积分是ITF年代际变化的主要贡献者, 赤道太平洋的纬向风应力积分决定了ITF年代际变化的相位. 上述结果说明热带海区的大气强迫和海洋调整过程均对ITF年代际变化有重要的贡献.     

南海北部深水盆地的裂陷过程及裂陷期延迟机制探讨

依据最新地震地质资料利用回剥法计算了南海北部深水区3条测线的构造沉降量. 结果显示研究区不同于典型的被动陆缘盆地, 虽然南海于32 Ma开始扩张, 但陆缘盆地的构造沉降速率此时没有减小反而增大, 23 Ma左右才显著减小, 暗示裂陷作用一直持续到约23 Ma才结束, 地层厚度资料同样反映出这一现象, 即裂陷期出现了延迟, 热沉降开始时间滞后. 认为形成该现象的机制可能有3个: (1) 南海北部陆缘的岩石圈强度很弱, 塑性相对较强, 对南海扩张造成的应变衰减反应延迟; (2) 岩石圈分层独立伸展的差异性可能也是导致裂后热沉降滞后的原因; (3) 南海扩张脊在24~21 Ma之间的向南跃迁及对应的海底扩张增速事件进一步诱发了研究区23 Ma左右大规模裂后热沉降的开始.     

2011年夏季渤海西北部、北部近岸海域的底层耗氧与酸化

于2011年6月下旬和8月下旬调查了渤海中央海区.6月份渤海所有测站底层溶解氧都超过7.0mg/L,饱和度为85%～115%,pH为7.82～8.04.而到了8月份,在渤海西北部、北部近岸水深20～35m的带状区域内出现底层溶氧显著下降并且酸化的现象.溶解氧最低值为渤海北部近岸的3.3～3.6mg/L,只有6月份的44%～47%;相应pH为7.64～7.68,比6月份低0.16～0.20.表观耗氧速率最高和pH降幅最大的测站都出现在渤海西北部近岸海域,累积溶解氧下降5.6mg/L,pH降幅则高达0.29,相当于总氢离子浓度升高1倍.简化的碳酸盐体系与耗氧量耦合分析表明,渤海西北部、北部近岸海域夏季底层低氧以及酸化环境的形成,与赤潮或者周边养殖业产生的生源颗粒在底层水体矿化分解,以及季节性层化现象阻滞海-气交换等因素密切相关.这样严酷并且剧变的水化学条件,是2011年夏季在渤海西北部、北部近岸海域发生海洋生态灾害事件的重要环境背景.     

南海——深海科学的天然实验室

<正>当今世界的海洋里,可以说南海受到的关注度最高。南海面积还不到世界大洋的百分之一,可是经济、政治和军事上重要性之高,与其大小不成比例。对于中国来说,平均深度1 200多米的南海,就是我们岸外主要的深海。人类历来在海面和海岸上开发海洋,二次大战之后才开始进入海洋内部。就是这短短的几十年,