风对北部湾入海径流扩散影响的研究

本文根据北部湾红河等入海径流的最新资料,使用FVCOM数值模式计算风场显著不同的1988年和1989年夏季径流扩散特征;使用冬季平均风场计算包括径流在内的冬季北部湾环流。得出如下结论:(1)1988年8月,强的西南风除了在北部湾西岸产生较强的北向沿岸流外,东部涠洲岛附近形成气旋式环流;相应地在北部湾中偏北部有一个弱的反气旋涡,中部出现较大的气旋式环流;(2)1989年8月的西南风非常弱,表层的红河冲淡水主要沿北部湾西岸向南流,来自琼州海峡的余流,在北部湾北部形成范围较大的气旋式环流,与此同时,海湾南部也出现一个较强的气旋式环流;(3)冬季,在冬季偏北风驱动下,北部湾基本是气旋式环流,只有西北部水域出现一个反气旋式环流。     

基于HYCOM模拟的南海西北部环流

为研究北部湾在内的南海西北部海域环流结构的时空特征,本文基于Hybrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)模式和气象强迫数据,通过三重嵌套模拟研究南海西北部环流在风力强迫下的结构及其时空分布特征,结果表明:(1)南海西北部流场受季风影响较大,冬季基本为西南向流,夏季基本为东向流,流场结构复杂,外海涡旋众多,Ekman运动特征较为明显;(2)北部湾流场呈现出较强的密度流特征,冬季基本为气旋式环流,夏季同时存在较小尺度的气旋式和反气旋式环流; 7月湾口表层的气旋式环流结构向下直接影响到海底;(3)北部湾的海表面盐度受蒸发降雨影响较大,盐度分布西低东高,这与湾口和琼州海峡入侵的南海高盐海水有关;(4)在热盐作用和季风驱动下,琼州海峡的表、底层流冬季为西向流,夏季为东向流,冬季广东沿海地区的富营养化海水可能通过琼州海峡影响广西近海海域环境质量。     

北部湾环流研究述评

针对北部湾环流的季节变化和琼州海峡水体输送的传统观念,根据近20多年的海流、底质、浮游生物的实地调查资料,对众多的研究结果进行对比和评述。认为:从平均态来说,琼州海峡水体输送全年都是从东向西,冬季多于夏季;冬季北部湾环流是气旋式,夏季,北部湾北部环流是气旋式,南部是反气旋式,其中分界线大致在19°30′N处。北部湾存在多处上升流区域,不计越南沿岸,仅靠近我国大陆,就有广西沿海铁山港和北海的上升流区;海南省西部,从八所—莺歌海的上升流区;海南省南部上升流区。虽然,北部湾环流研究已取得长足进步,但是,还存在许多不足之处,如潮汐余流的研究:未能在充分考虑水体边界、实际风场、真实地形、潮汐余流、密度流等诸多要素情况下,计算出北部湾真实环流。     

北部湾海洋环流研究进展

20世纪60年代初中越合作开展的北部湾海洋综合调查,分析北部湾潮汐和潮流运动,标志着北部湾物理海洋学研究工作的开始。此后的一些调查,例如1964—1971年中国科学院南海海洋研究所等利用投放大量漂流瓶来研究北部湾表层海流的试验、1980—1986年全国海岸带和海涂资源综合调查、1988—1995年全国海岛资源综合调查等,令人们对北部湾环流结构有了进一步认识。最近20年,不少学者通过调查资料和数值模拟方法分析北部湾季节性环流结构后得到与以往研究调查相反的观点。本文回顾近年来北部湾海洋环流研究的主要进展,阐述利用调查资料、数值计算等不同研究手段获得的对北部湾环流分布的整体认识,以及在环流结构方面存在的不同观点,进而介绍北部湾环流尤其是北部环流机制的一些新进展。以前的研究多认为北部湾环流主要受风场控制,夏季为反气旋式环流,冬季则为气旋式环流,然而近年研究发现北部湾夏季也为气旋式环流;也有人认为北部湾北部被气旋式环流控制,但南部环流呈反气旋式;在形成机制上,北部湾环流受地形、风、外海水、海水密度分布及河流冲淡水注入等影响呈现复杂的态势;风对北部湾北部环流形成有影响但不起主导作用;琼州海峡东部水进入北部湾对广西沿海气旋式环流的形成有着重要的影响。北部湾海洋环流与海域物质输运扩散密切相关,依托更精细化的数值计算手段,结合动力场探究近海海洋环境污染净化及生态平衡问题,是今后的重要发展趋势之一。     

海南岛西岸上升流与暖池的数值研究

【目的】进一步探讨海南岛西岸的上升流与暖池的特征及生成机制。【方法】首先构建更为全面的控制模型(控制实验),包括日平均风场、热通量、侧边界通量、潮汐强迫以及河流径流等强迫场,然后在控制实验基础上,构建无潮汐强迫、无热通量强迫、无季风强迫等3个敏感性实验来分析3种强迫因子对海南岛西岸上升流与暖池的作用。【结果】夏季海南岛西岸存在上升流,该上升流受热通量和潮混合共同控制,缺乏其中任何一项上升流都会消失,而西南季风起反作用。另外,海南岛西岸在冬半年为暖池控制,秋季更为显著。东北季风引起的垂向混合与潜热通量对暖池起相当作用,ENSO事件对暖池的强度也有一定影响。【结论】控制实验结果与"908"调查结果及历史观测数据吻合较好,在流场与水团验证方面效果理想。另外,敏感性实验结果得出了比前人更完善的海南岛西岸上升流与暖池生成机制的观点。     

海南岛东北海域海流和余流特征分析

【目的】研究海南岛东北海域的潮流、余流特征和分布规律。【方法】依据2017年6月在海南岛东北海域调查的夏季大潮实测海流数据,采用准调和分析方法分析实测数据,并根据该分析所得的一些参数分析研究区域的潮流性质、潮流运动形式、M2分潮潮流椭圆、潮流的垂直分布及夏季的余流分布。【结果】海南岛东北海域的潮流以不正规半日潮流为主;各站点潮流椭圆旋转率都较小,潮流运动形式以往复流为主,方向为NW—SE;除S4站以外,其余各站海流均为略带旋转的往复流,往复流的方向为NW—SE,旋转流的旋转方向为顺时针;研究海域表层余流大于中底层,近岸余流较弱,琼州海峡附近的站点余流最强;各站表、中、底层余流流向较一致,表层余流主要受风场的影响作用,底层余流主要受到底地形的影响。【结论】对调查区域的潮流、余流特性有了一个较为全面的认识。     

南海Sverdrup环流的季节变化特征

利用气候平均的风应力资料,计算了平底南海内区海盆尺度的Sverdrup输送,得到南海海盆尺度Sverdrup环流的季节变化基本特征.将这些基本特征与历史观测资料相比,证实了在冬、夏、秋季风生环流在南海表层环流中的重要地位.明确指出风的非均匀性是南海海盆尺度环流呈现多中心的重要原因之一,秋、冬季南海北部18°N纬带处的西向强流可仅由局地风生成,南海南部环流比北部环流具有更明显的季节变化,春季风场有利于在海盆的中部发生环流的季节转换,秋季气旋式环流的向北输送最大.     

北部湾潮致余流和风生海流的数值计算与实测资料分析

北部湾潮致余流的流速只有1～2cm／s左右,靠近海南岛一侧,潮致余流的环流基本为气旋式：分别位于洋浦以北、东方以西、莺歌海西南方。只有靠近越南红河口,有一个反气旋涡;风生海流呈现冬季模式和夏季模式。冬季,表层19°N以北为西南向的流动,19°N以南,靠近海南岛水域为西向流动,越南沿岸为南向流动。大部分区域流速为5～12cm／s,流速最大位于琼州海峡西面及海南岛西南部,可达10～20cm／s,底层流速明显比表层小。夏季,表层,大部分海区为东北向流动,海南岛以南的海区为向东流动,流速大都在3～7cm／s,越南沿岸和海南岛西岸及西北沿岸流速为7～9cm／s,最大流速出现在海南岛西和西北沿岸,可以达到12cm／s。底层,大部分地区流速均小于1cm／s。     

北部湾海表面温度变化特征及其影响因素分析

【目的】了解北部湾海表面温度(SST)变化特征及其影响因素。【方法】根据NOAA提供的北部湾海域1994~2013年间SST、海面风场、潜热通量、Nino 3.4指数资料,采用平均值法、最小二乘法分析海域冬、夏两季SST分布及变化特征;采用相关系数法计算SST与海面风场、潜热通量及Nino 3.4指数间的相关系数,分析海面风场、潜热通量、厄尔尼诺效应对SST的影响。【结果】1994~2013年间,北部湾海域冬季SST约为19.0~24.0℃,大致呈"北冷南暖"的特点,夏季SST相差不大,约为28.6~29.8℃;海域冬季以降温为主,幅度约为-0.03℃/a,夏季则表现为小幅度升温,幅度约为0.01℃/a;纬向风、潜热通量对SST影响较大,厄尔尼诺事件仅在厄尔尼诺显著年对SST有显著的影响。【结论】纬向风、潜热通量对北部湾SST影响较大,厄尔尼诺现象在厄尔尼诺显著年对SST有较大的影响。     

近10年南海海表风场季节特征统计

基于Fortran程序和Grads(Grid Analysis and Display System)软件,利用QN(QuikSCAT/NCEP)混合风场,统计了近10年(1999年8月~2009年7月)期间南海海表风场特征,主要统计了风速风向的季节特征,期望研究结果可以为航海、防灾减灾等提供参考。结果表明:(1)春季,风速的大值区位于南海北部,约3.5~5.0 m/s,台湾海峡能达到5.5 m/s;除泰国湾和北部湾以外的大部分海域以东北风为主,北部湾以偏东风为主,泰国湾以偏南风为主。(2)夏季,受西南季风影响,大部分海域以西南风为主;风速的大值区位于中南半岛附近海域,该海域为传统的南海大风区,约5~7 m/s。(3)秋季,为季风过渡季节,风向稍显凌乱,南海中北部已转东北风,而南部部分海域的西南风尚未完全消退,泰国湾在该季节则以西北风为主;风速的相对大值区位于南海北部和台湾周边海域,约6~9 m/s,台湾海峡基本都在9 m/s左右。(4)冬季,受冷空气影响显著,整个南海均以强势的东北风为主;风速大值区呈东北-西南走向,大部分海域的风速在8 m/s以上,台湾海峡能达到11 m/s左右。     

北部湾北部潮流谱分析和余流特征研究

【目的】研究北部湾北部的潮流谱和余流特征。【方法】利用1988年10月至1989年8月的涠洲岛附近10m、20m和30m海流观测资料进行谱分析。【结果】无论频率f0或f0,全日潮谱峰都高于半日潮谱峰。其中,主要半日潮周期为12h、12.4h,主要日潮周期分别为23.9h和25.8h。在半日潮和全日潮分量中,顺时针分量是主要的。从余流前进矢量可以看出:冬半年,10m、20m和30m层平均余流矢量方向分别为302°、338°和43°。夏季,10m、20m和30m层平均余流矢量方向分别为246°、298°和292°。【结论】风对1988年10月至1989年2月余流影响明显,但是制约余流运动的主要因素是北部湾北部环流。     

防城港湾以西海域水体输运及其机制研究

为了探究防城港湾外海域的水体输运方式及机制，本文对历史调查数据及最新的海流调查资料的海流玫瑰图进行分析，结果发现：防城港湾以西海域的水体输运，冬季为反气旋式环流控制，水体输运主要为NE向；夏季为沿岸入海径流、气旋涡控制，水体输运主要为WSW向。春季和秋季，表层水体输运主要为WSW向，中层以下水体输运为NE向。风对表层流的影响较明显，夏季西南季风造成沿岸水的堆积产生正压梯度力使表层水体往西南向输运，但不起主导作用。中层以下主要受北部湾北部气旋式、反气旋式两种不同形式的环流控制。除此之外，琼州海峡西向流、入海径流、地形等对水体输运也产生重要的作用。     

基于遥感资料的夏季广东沿岸上升流分布特征

【目的】研究广东沿岸夏季上升流的时空变化规律及其对沿岸区域气候的影响。【方法】采用Sobel梯度算法,综合MODIS海表温度和QuikSCAT海面风场资料对2003年夏季广东沿海上升流的范围、强度、持续时间等时空分布特征进行综合分析。【结果】广东沿岸海域存在明显的上升流现象,整体呈现强弱强的特征,在7月初出现具有明显上升流特征的低温表层水,至7月底低温水活动减弱至最低,于8月初又存在一个增强的过程;同时,上升流并非始终稳定存在。【结论】对比海表温度数据和风场资料可以发现,上升流的强度、持续时间等与风场的变化存在密切联系,风场是上升流的一个重要影响因素,此外,沿岸水团的分布也是影响广东沿岸上升流空间分布的重要因素。     

钦州湾潮流季节变化特征

【目的】为科学开发和利用钦州湾的海洋资源,研究钦州湾潮流季节性变化特征。【方法】收集2006~2012年钦州湾潮流实测资料,结合准调和分析方法,初步获得茅尾海以及钦州湾外湾潮流季节特征。【结果】茅尾海夏季潮流显著强于冬季,潮汐河口夏季受径流影响强烈。外湾夏、秋季节潮流强于冬节,西水道潮流较强,中水道次之,东水道相对较弱;三墩公路建设导致其东侧浅滩潮流明显增强。除夏季潮汐河口余流较大外,钦州湾余流普遍不强。【结论】钦州湾属不规则全日潮海区,潮流运动形式为往复流,落潮流速一般大于涨潮流速,涨潮历时长于落潮历时;龙门水道潮流动力最为强劲,其次为其它主流潮汐通道。     

北部湾北部近岸全新世沉积环境变化及对8.2 ka小冷期的响应

【目的】北部湾北部是东亚夏季风、印度季风以及蒙古冷高压影响的交汇处,对气候变化敏感,该区沉积物要素在全新世的分布与变化,可反映该区气候波动特征和海岸格局演进之影响因素。【方法】在北部湾北部广西水域依次钻取3孔岩芯并进行粒度、矿物、元素、微体古生物测试鉴定以及~(14) C测年,综合分析对比沉积物要素的垂直分布、变化以及响应特征。【结果】全新世孢粉组合为热带-亚热带山地组合。岩芯粒度波动旋回变化,经历了自河床向浅海湾的变迁,沉积物具有陆源性,元素等几乎与沉积旋回细组分同步变化。早期三角洲盆地钻孔显示为盐沼环境;相对晚更新世或者末期,全新世早期沉积物颗粒粗减细增,有机质增幅超过700%。碎屑矿物种类增加,孢粉和硅藻化石逐步丰富,硅藻属种数也保持增加趋势,沉积速率为全新世平均值的1.36~1.85倍,具有风化较强、水沙丰沛、沉积快、物质分配活跃、生物较为繁盛的特点,与邻区全新世中早期气候适宜期相符合。早期气候仍然波动,可辨认出8.2ka小冷期事件的影响,Sr/Ba比值偏低。【结论】研究区作为东亚低纬度季风区海陆过渡界面,其环境变化与气候变化相联系。