包括潮流作用的黄东海环流模式的开边界条件研究

海洋模式开边界条件在以余水位给出的情况下,难于保证整个计算区域内水量进出的平衡,而以流速(通量)给出的情况下,能严格保证计算区域内水量进出的平衡.要体现潮流在浅海陆架环流中的作用,海洋模式开边界条件需要以余流和潮流合成的形式给出.计算结果表明,开边界条件分别以潮流和潮位给出的情况下,计算域内的潮汐潮流是一致的,表明计算潮汐潮流模式开边界条件可以用潮流的形式替代一般的潮位形式.模式开边界条件可以同时给出潮流和余流来模拟计算域内的总流场.潮流对环流的作用主要在浅海,对深海区的作用不大.文中以长江口外海区为例,考虑潮流后作潮周期平均的环流与不考虑潮流情况下的环流存在明显差异,温度和盐度的垂向结构更符合实测资料.潮流对环流的作用体现在潮混合和潮致余流上,潮混合包括对环流的混合,也包括对温盐的混合,而温盐场的改变也引起流场的改变.因此浅海陆架环流的计算必须考虑潮流的作用.     

夏季南海北部海洋混合的微结构特征研究

通过对2007年8月海洋湍流微结构剖面观测资料进行分析,研究南海北部上层湍流混合特征.结果表明,南海北部强混合发生区主要为北部陆架陆坡区域,陆架底混合层湍耗散率可达10-5W·kg-1异常高值.深水区温跃层以下,湍耗散率大部分为10-9W·kg-1量级,然而存在较多小尺度过程产生的强湍流薄层,其湍耗散率达到10-7W·kg-1量级.在吕宋海峡附近,观测到西太平洋次表层水入侵南海,同时伴随着强烈的湍流耗散和混合.混合系数γ的分布显示,Os-born模型估算南海混合率γ取0.11为佳.利用Richardson数对观测到的垂向热扩散系数参数化,发现陆架陆坡区和深水区的垂向混合有不同的规律.     

基于深海锚系潜标的潮汐特征计算方法

针对深海潮汐特征难以获取的困难,基于深海锚系潜标压力传感器所测资料,利用线性近似的方法,建立了海面水位变化计算模型,并对该模型进行计算误差分析,提供了模型计算精度判别方法。基于该模型,利用南海中部海区深海锚系实测压力资料获取了锚系点的海面水位数据,并采用T-TIDE潮汐调和分析函数处理水位数据,获取了该海区的潮汐调和常数,对该海区的潮汐特征进行了验证与分析。所得潮汐类型为不规则日潮,主要(半)日分潮K1、O1、M2的振幅和迟角,均与前人利用卫星高度计资料和数值模拟分析结果基本一致。     

南海三维变分海洋同化模式及其验证

基于Princeton Ocena Model(POM)建立了一个南海三维变分海洋同化模式,该模式主要用于卫星遥感高度计沿轨资料同化,考虑了每条轨道上的误差相关性,并且引入递归滤波优化运算.采用1998年春季和夏季、2000年夏季3个航次温盐资料对这个系统进行评估表明,相对于未同化的模式模拟结果,无论对温盐异常年份还是正常年份,该系统的温盐均方根误差和偏差都显著减小,误差结构更符合正态分布.特别是在盐度场上能重现南海由于降水和径流所造成的淡水盖,该系统也能将海表动力高度信息有效传递进模式次表层;温盐资料验证各航次评估结果差别不大,表明该同化系统性能是稳定的.     

夏季南海北部海洋混合的微结构特征研究

通过对2007年8月海洋湍流微结构剖面观测资料进行分析,研究南海北部上层湍流混合特征．结果表明,南海北部强混合发生区主要为北部陆架陆坡区域,陆架底混合层湍耗散率可达10^-5W·kg^-1异常高值．深水区温跃层以下,湍耗散率大部分为10^-9w·kg^-1量级,然而存在较多小尺度过程产生的强湍流薄层,其湍耗散率达到10^-7w·kg^-1量级．在吕宋海峡附近,观测到西太平洋次表层水入侵南海,同时伴随着强烈的湍流耗散和混合．混合系数γ的分布显示,Osborn模型估算南海混合率γ取0．11为佳．利用Richardson数对观测到的垂向热扩散系数参数化,发现陆架陆坡区和深水区的垂向混合有不同的规律．     

南海碳循环：通量、调控机理及其全球意义

 基于多年观测研究,南海CO₂源汇及其时空格局的总体特征是：南海海盆是大气CO₂的弱源区,年均海-气CO₂通量为2.1±0.3 mmol·m^-2·d^-1;而南海北部陆架是碳汇区,年均CO₂通量为-2.2±3.5 mmol·m^-2·d^-1;南海总体上每年向大气释放的碳量为1330万±1880万t。由于南海位于陆地-大洋交界带,存在多个界面过程,根据物质交换发生的不同界面,可将南海海盆和北部陆架视为大洋主控型边缘海（OceMar）和河流主控型陆架海（RiOMar）。这两类系统分别接受大洋和河流输入的外源无机碳和营养盐,经由一系列动力过程进入真光层后同时被生物消耗,无机碳和营养盐之间的“竞争”最终决定CO₂源汇格局。在南海海盆,无机碳相对过剩,部分以CO₂形式向大气释放,即为源;而在南海北部陆架,无机碳相对不足,系统需从大气补充CO₂,即为汇。南海碳循环机理及其框架对于更好地理解全球其他陆架边缘海系统具有重要的借鉴意义。     

南海北部浮游植物的时空异质性研究

 为研究南海北部浮游植物时空变化规律及其与海洋环境响应关系,采用1997-2002年开展的“南海专属经济区和大陆架渔业资源及其栖息环境调查”所取得的浮游植物调查数据,利用GIS空间局部插值法构建景观分析模型,对南海北部浮游植物时空异质性进行了分析。结果表明,南海北部海区浮游植物密度变化范围为0.03(4 179×10⁴ 个/m³,总平均为87.2×10⁴ 个/m³,夏冬春秋四季浮游植物平均密度由高至低。南海北部浮游植物总体近海高于远海,且在近海海域呈斑块状分布格局,斑块一般出现在北部湾中北部上升流区、粤东遮浪上升流区、台湾浅滩上升流区和粤西沿岸电白-阳江上升流区等南海北部几个重要上升流区内。浮游植物密度最高值斑块一般随着季风和沿岸流的季节转换而交替向东或向西方向进行有规律的漂移。     

南海北部陆坡地形特征及其影响因素研究

南海北部陆坡位于南海北部大陆边缘,地质构造活动丰富,是大陆和深海进行物质和能量交换的重要过渡区。研究北部陆坡区复杂的地形地貌,有助于深化对南海北部陆缘海底地质活动与环境变化的认识,并为资源勘探与工程建设提供基础地质信息支撑。本研究基于全球水深地形图（General Bathymetric Chart of the Oceans,GEBCO）数据及实测多波束数据,对南海北部陆坡的地形地貌进行研究,识别出不同的地貌类型,并探讨其形成和发展的控制因素。研究表明,南海北部陆坡发育有海台、海山、海丘、海槽、海底峡谷以及冷泉地貌类型。南海北部陆坡地形地貌的发育和演化主要受控于构造活动及火山活动,而外动力地质作用如沉积输运、海平面变化及甲烷流体的活动等,都对研究区的地形地貌做了进一步的改造,使之更加复杂。     

基于NAO.99b资料对南海主要岛礁潮汐特征的分析

为了详细地认识南海岛礁潮汐特征,基于大洋潮汐模式NAO.99b的全球8个分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1)调和常数资料建立南海潮汐计算模型。利用该模型计算南海主要岛礁2010年逐分钟的潮位,得出了这些岛礁的最大潮差、平均潮差、平均高潮间隙和潮汐特征系数。结果表明:南海岛礁绝大部分为不正规日潮型,潮汐特征系数在2.98~4.34;在半个月中,有连续六七天为每日2个高低潮。平均高潮间隙整体从南海东北部往西南部逐渐增大,范围为8.32~11.63h,曾母暗沙为1.57h;平均潮差和最大潮差从南海东北部向西南部逐渐增大,平均潮差变化范围为65~92cm,最大潮差变化范围144~200cm。     

登陆北部湾北部台风对广西近岸水位变化的影响分析

根据台风"纳沙"登陆期间广西白龙半岛南面海域1km处S1站连续的实测海流剖面资料,白龙尾F1站的水位资料和台风"榴莲"登陆期间铁山港石头埠F2站的水位资料,分析登陆北部湾北部台风对广西近岸水位变化的影响,得出如下结论:在无台风期间,S1观测点表层的最大实测潮流流速为40.0cm/s,表层的最大余流流速为20cm/s。在台风登陆期间,S1观测点表层的实测潮流最大流速为103.7cm/s,表层的最大余流流速为39.7cm/s,比无台风期间高2倍左右。但随着水深的增加,潮流和余流的流速逐渐减小;岸站F1、F2的水位变化过程是,台风登陆前,水位减至最低;台风登陆后,水位增至最大,水位的增、减变化与台风作用过程有关。同时,认为台风登陆期间广西沿岸水位的抬升和下降变化与风、港湾地形、大气重力波所产生的共振作用有着密切的关系。     

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.     

西北太平洋西边界流系源区的数值模拟研究

采用POM模式对2005年西北太平洋西边界流系源区进行了数值模拟.针对该海区海表热通量与POM模式匹配困难的问题,在模拟过程中,分别采用由同化AMSR卫星资料插值得到的日平均海表温度场以及由NCEP资料得到的海表净热通量与长、短波辐射通量两种方案来进行海表热强迫.通过与SODA资料的分析结果对比,POM模式模拟结果较好地显示出北赤道流,黑潮源区及棉兰老海流的基本特征,两处断面流速与实际探测资料较为吻合;高度场模拟结果与实况较为一致,但0.9m水位高度线范围呈缩小-放大-缩小-放大的季节性震荡与实况中维持稳定存在一定差异;海温模拟结果与月平均的SODA资料总体一致,但在春夏两季温度略高.     

海洋微型生物碳泵——从微型生物生态过程到碳循环机制效应

微型生物是海洋生态系统中"看不见的主角",在资源环境以及全球变化中扮演着举足轻重的角色.本研究通过方法创新和大量现场调查,从一类特殊微型生物类群——好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)入手,展开了微型生物生态过程与机制的系统研究,修正了国际同行AAPB计数方法的误差,获得了全球海洋AAPB的分布规律,解释了以往现场实测结果的分歧,澄清了以往理论上的偏颇认识;建立了包括不产氧光能利用途径的上层海洋碳循环模型,并通过大量现场实测揭示:细菌光能利用关系到海区碳循环的"源""汇"格局;在这些研究基础上探讨了新的海洋碳循环机制,提出了"微型生物碳泵"理论框架,为全面认识海洋储碳机制、促进学科交叉、研发海洋碳汇奠定了基础.     

南海北部天然气水合物气源系统与成藏模式

天然气水合物成矿成藏条件与油气成藏条件虽然存在差异,但亦存在共同之处,即均需要有充足烃源供给及烃源供给系统输送与有利聚集场所的时空耦合配置。为了深入研究天然气水合物与常规油气运聚成藏条件之差异,根据南海北部陆坡深水区构造沉积演化特点及油气地质条件与多年来油气及水合物勘探成果,综合剖析了油气及天然气水合物气源构成特点与流体运聚输导系统特征,同时根据地质地球物理及地球化学分析,初步研究了气源供给运聚通道系统类型与高压低温天然气水合物稳定带的时空耦合配置关系,并结合油气地质及天然气水合物成矿成藏基本地质条件,总结和建立了南海北部陆坡深水区“生物气源自生自储扩散运聚型”、“热解气源断层裂隙输导下生上储运移渗漏型”和“热解气源底辟及气烟囱输导下生上储运移渗漏型”等3种成因类型的天然气水合物成矿成藏模式,以期能为南海北部深水区天然气水合物资源预测及有利勘查目标评价优选等提供决策依据与指导。     

夏季苏北沿岸流对长江冲淡水扩展影响的数值模拟

建立一个σ坐标系下三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用于长江冲放展机制的研究。考虑实际海岸形状和海底地形，在空间完全交错的网格系统丈犀离散化控制方程组，采用ＡＤＩ计算方法数值求解。数值试验结果首次表明，在夏季长江口水位向外倾斜，冲淡水穿越等水位线运动，远离长江口水位倾向东北，冲淡水沿水位坡面运动，同时再现了伸向东北的冲淡水舌和东海陆架上的环流结构。夏季苏北沿岸流作为长江口北部海区的一股势力，阻     

珠江口盆地13.8Ma陆架边缘三角洲与陆坡深水扇的“源-汇”关系

揭示南海北部被动大陆边缘盆地浅海陆架与深水陆坡之间的沉积响应关系,在等时地层格架内对陆架三角洲、上陆坡复合水道和陆坡重力流沉积进行综合分析.研究结果表明:相对海平面变化、陆架多级坡折演化、陆源碎屑供给强度以及陆架海洋水动力作用等四大因素控制着陆架-陆坡体系的发育;珠江口盆地中新统韩江组13.8 Ma形成的界面为三级层序界面,该时期低位域晚期发育陆架边缘三角洲,三角洲前缘带主体分布在白云凹陷北坡的陆架坡折处,随着物源供给,前缘带不断进积,陆架向陆坡方向生长,在多级坡折、坡度变化以及沉积物自身重力影响下,前缘带沉积物由牵引流搬运向重力流搬运转化,在陆坡复合水道搬运通道的作用下向白云凹陷深水区内再沉积,形成低位域晚期多坡度控制的滑塌体、碎屑流-浊流深水扇沉积,构成南海北部珠江口盆地特殊的陆架-陆坡“源-汇”响应系统;该沉积响应具有短暂性、突发性和连续性等特点.     

海洋锋面统计模型检测法的改进与验证

统计模型检测法为检测海表温度(SST)锋面和提取SST锋面的结构提供了有利的工具,但其在陆架区的检测成功率和检测精度仍有待提高.本研究对该算法进行如下改进:1)在数据预处理阶段,通过梯度场拟合计算不同水团之间过渡区的边界,并利用边界处的温度数据重构过渡区两侧的温度场;2)利用遗传算法为锋面参数的迭代求解提供初值.理想实验结果表明:上述改进能有效地改善统计模型检测法在陆架区的稳定性和检测精度.最后,利用实测SST数据和遥感SST数据检验了算法在实际应用中的改进效果,以及改进后算法在陆架区的有效性.     

南海北部夏季海表二氧化碳分压及其海气通量的遥感算法初探

基于2004年夏季南海北部现场调查数据初步建立单一温度参数与温度和叶绿素a双参数估计海表二氧化碳分压（PCO2）的遥感经验算法．采用一组独立数据（2000年夏季）检验的结果,单一参数和双参数算法反演值与实测值之间的均方根误差（RMs）分别为22．1μatm（1atm=101325Pa）和6．3μatm,说明南海北部夏季叶绿素a对Pco2瓯的时空变动仍然有不可忽略的影响,因此,采用双参数算法是必要的．进一步结合卫星风场数据计算夏季南海北部海气CO2通量,2000年夏季CO2通量为7．65mmol·m-2·d-1,与基于实测数据估算的通量基本相符．多年平均的遥感海气CO2通量的空间差异显著,表明基于现场数据的简单外推可能导致较大的不确定性,现场与遥感手段的结合是提高大尺度碳通量观测可靠性的理想手段．     

一个海洋环流模式对风应力响应的敏感性试验

为了检验一个准全球的海洋环流模式对风应力变化的响应,尤其是在热带太平洋冷舌区对风应力的响应,使用源于SODA(simple ocean data assimilation)再分析资料的风应力强迫该模式进行控制试验,在(10°S～10°N,180°～12°W)的区域减小风应力进行敏感性试验,并把试验结果与同时段的资料进行分析比较.结果表明,试验结果在总体趋势上大致相同,风应力减小时主要是对试验区表层有影响,可以改善模式对热带东太平洋冷舌的模拟,而对次表层温度和流场的刻画较弱,且影响范围不仅是在试验区.此外,该模式能模拟出海洋环流的基本气候态,但是对一些细节描述还不够准确.     

长江口与杭州湾风暴潮三维数值模拟

基于改进的河口海岸和海洋三维数值模式ECOM-si，加入台风模型气压场和模型风场，同时考虑径流、天文潮与风暴潮耦合作用，数值模拟了TC9711（Winnie），TC0012（Prapiroon）和TC0014（Saomai）三个台风期间长江口和杭州湾的水位过程.与观测资料比较，模式较好地再现了台风期间的水位过程，采用Fujita（藤田）气压场公式计算的结果比Fujita Takahashi（藤田 高桥）气压场公式下的计算结果更符合实测值，并在上述3个台风期间计算水位值与观测值的均方误差分别为42.5 cm，41.7 cm，35.5 cm.