等密度面P-矢量方法和南海北部环流

介绍了等密度面上的P-矢量方法,并用该法计算了南海等密度面上的环流和通过吕宋海峡各个月份的体积输送.计算结果表明:净输送量全年都是流入南海,二月份黑潮入侵最强,九月份入侵最弱;在混合层以下,南海的代表性流型是一个海盆尺度的气旋式环流,环流内部又有一些季节性变化的中小尺度的涡旋.     

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。     

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。     

黑潮在吕宋海峡的形变及动力机制

根据１９９０年以来对吕宋海峡和中国南海北部的ＷＯＣＥ水文资料和其它海洋调查资料的分析，以及同一海区的卫星遥测海表温度的资料处理，推断在吕宋海峡常年存在黑潮路径弯曲，西折进入ＳＣＳ并又流出ＳＣＳ的现象，作者将黑潮的这种变形称为“黑潮流套”。黑潮变形进入ＳＣＳ的位置在冬季位于海峡中部、南部附近、范围大；在夏季略向北移。较集中于海峡中部、范围较小。     

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。     

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.     

对南海不同区域热带气旋气候特征的分析

利用1949—2015年CMA-STI热带气旋(TC)的最佳路径数据集分析了影响南海及其不同区域的TC频数、强度、源地和路径等气候特征.结果表明:影响南海、南海北部、南海南部热带气旋的年平均频数分别为11个、7.5个和3.0个,其年变化均为单峰型,峰值月分别出现在9月、8月和11月;影响南海中部的TC的年平均频数为6.1个,其年变化为双峰型,主峰出现在10月,次峰出现在7月.在影响南海的TC中,有52%的TC来源于西北太平洋,48%的TC来源于南海;在影响南海北部、中部和南部区域的TC中,来源于西北太平洋的TC频数占比分别为52%、52%、54%,并且西北太平洋生成的TC强度明显强于南海生成的TC强度.在南海的不同区域中,影响南海北部区域的TC强度最强,南部区域最弱.对于影响南海区域的TC,其生成源地主要集中在5°N以北的南海海域和菲律宾以东至150°E和6°~16°N的西太平洋海域;对于影响南海北部到南部区域的TC,其生成源地的纬度依次向南移、经度依次向西移.对于影响南海及其北部、中部和南部区域的TC,其路径移动方向分别集中在WSW-NW、W-NW、W-NW、WSW-WNW扇区,累计频率均在55%以上,对于主导方向,除南部为W方向(频率23.9%)外,其他均为WNW方向(频率均在24%以上).1949—2015年期间,影响南海和南海北部的TC年频数呈显著的减少趋势,减少速率分别达到0.6个/10a和0.5个/10a,南海中部区域的TC年频数呈微弱的减少趋势,而南部区域的TC年频数则无变化趋势.影响南海及其北部和中部区域的TC强度均有显著增强的趋势,而影响南海南部的TC强度则仅有弱的增强趋势.     

南海表层环流和热结构特征的数值模拟与影响因素分析

 采用普林斯顿海洋模式,在真实的地形数据、计算区域右边界上半部分设为开边界的条件下,对南中国海98°-126°E,3°S -26°N的范围进行了环流和温度结构的模拟。模拟从静止的海洋开始,以1月份的月平均温盐数据为初始场,在12个不同的月平均风场驱动下,模式稳定地模拟了4个模式年。从第3年开始进行数据分析。首先从数值模拟的角度给出了南海表层环流和热结构的时空演变过程,继而详细分析了气候和环境因素的影响。结果表明：冬季南海主要被一个大的气旋式环流占据,夏季主要呈大的反气旋式环流。春季和秋季是季风转换季节,南海环流在受到上一个季节影响的同时也向下一个季节的典型流态转换,并由多个涡旋组成。此外,气候和环境条件的设置,都会影响到南海的环流和热结构特征。     

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。     

北部湾冬半年环流特征及驱动机制分析

【目的】为了给北部湾的环境保护提供科学依据,研究北部湾冬半年的环流变化特征及其驱动机制。【方法】通过POM模型构建三维斜压后报模型,模拟2006~2007年南海西北部的环流,模拟时考虑了日平均风场、日平均热通量、河流径流和潮汐等强迫场;通过无季风驱动的敏感性实验分析东北季风对北部湾冬半年流场的作用;通过洋浦港外海在2005年12月25日到2006年1月25日的一个月海流观测数据来分析冬季海南岛西北岸的海流特征。【结果】模拟结果与观测数据吻合较好,北部湾冬半年环流呈气旋式,嵌套着南部的气旋式环流,而且秋季与冬季环流存在季节性振荡特征:在秋季,南部的气旋式环流可向北侵入至19°N,比冬季深入得多;在冬季,湾西岸和海南岛西北岸的南向流比秋季要强;这种季节性变化特征可从表层直达深层。另外,海南岛西北岸流在冬季为西南向而非东北向。【结论】冬半年北部湾的北部环流为局地风驱动,南部环流是由东北季风驱动的南海陆架流侵入北部湾而形成的;这种季节性涛动受东北季风的高频振荡分量驱动,尤其风场的南北向分量贡献较大,也说明风场的时间分辨率对北部湾环流影响较大;海南岛西北岸的西南向流受琼州海峡的西向流驱动,而东北季风只起辅助作用。     

Argos浮标及模型反演吕宋海峡区域流场季节变化特征

针对黑潮是以流套、分支还是黑潮锋的方式侵入南海的不同观点,应用Argos浮标数据探讨了吕宋海峡黑潮的季节性分布特征,并利用区域海洋模式系统(ROMS)对吕宋海峡黑潮流态进行数值模拟,进而研究吕宋海峡表层和120.75°E断面黑潮流态的季节分布特征以及断面流量变化,并与实测值、他人的计算结果进行对比.结果显示,春夏两季黑潮主要以黑潮锋的形式存在,夏季有南海水汇入黑潮主干,秋冬两季有时会以流套形式入侵南海,并部分从台湾南部折回到黑潮主干,冬季有一小部分黑潮水以分支形式直接入侵南海.本模型计算表明:在吕宋海峡120.75°E断面上,常年有东西向海流,海峡上层的净通量为负值(流向南海),下层的净通量春季为正值,其它季节均为负值,整个断面每个季节的体积输送为太平洋水净输入南海,平均净输运量为1.305×107 m3/s.     

吕宋海峡黑潮表层形态EOF模态分析

应用Argos表层漂流浮标资料所指示的浮标轨迹图以及基于卫星高度计资料和三维水动力模型海面高度场数据的经验正交函数(EOF)模态分析,探讨了黑潮在吕宋海峡形变的时空分布特征.结果表明:吕宋海峡黑潮的形态呈现明显的季节变化,其中跨隙形态为其最基本的形态;秋冬两季,部分黑潮水会以流套和分支的形式入侵南海,流套最西可延伸至118°E;春夏季节则儿乎不出现流套或者分支的结构,相反会有一部分南海水汇入黑潮主干.模型数据模态分析结果还再现了冬季黑潮水沿着南海北部陆坡向西入侵的形态.     

夏季风建立期间低层流场的变化及其与中国雨带活动的关系

本利用多年欧洲中心格点风和中国降水资料，分析了夏季风建立期间，亚洲南部及其邻近海域上低层流场的变化和雨带在中国南方的活动。结果表明，夏季风于5月中在南海地区建立。低层流场的变化主要表现为副热带高压脊从南海的东撤和气旋性气流切变线从中国西南向华南沿海的东伸。相应地，雨带有一次从南移转向北推的过程。由于5月份中南半岛－南海区域一直为西南气流所影响，因此，很难从风向来判断气流性质的变化，相对而言，雨带北移能更好地反映出夏季风向北扩散的地理位置。     

中尺度涡冷暖特征的理论推导

为了从理论上解释中尺度涡旋冷暖性质与涡旋旋转方向的关系,分析了涡旋的几何特征,并依据这些特征做了如下假设:中尺度涡具有对称的几何形态,涡旋中海洋要素沿径向具有线性变化的特征。从原始方程组出发,利用柱坐标系和上述假设条件,略去耗散力,不考虑涡旋切向的变化,并且忽略径向的速度,推导了中尺度涡的冷暖特征,解释了气旋式中尺度涡对应冷涡以及反气旋式中尺度涡对应暖涡等涡旋的运动特点。结果表明,中心对称形式可以作为对中尺度涡的几何特征的一个理想形态近似,在考虑上述假设条件的理想环境下,柱坐标系在研究中尺度涡的几何性质上具有一定的优势。     

正压海洋对中纬西风响应的解析解及讨论

采用中纬度正压准平衡海洋模型,解析求解了其对时变风场强迫的响应,主要结论有: 在时刻t=0和T／2 (T为风场变化周期),在β通道中线上该风场强迫出明显的海洋流场,而在时刻t=T／4和3T／4,虽无大气风场强迫,但仍有较弱的海洋流场。在β通道西边界附近的海洋响应为一对由气旋性和反气旋性曲率构成的涡旋偶,这与在日本本州岛以东、以南海洋流场的EOF模态相像。该解析解中时变风场与流场响应的频率完全相同,但两者存在有位相差,这表明流场响应要滞后于风场异常。该海洋响应的性质属准平衡涡旋波。该解析解能够大体反映时变风场强迫下中纬度北太平洋上层海洋流场的响应,且较先前的结果要优。     

黑潮和赤潮

沧海桑田，经亿万年的陆海变迁，如今大自然生物圈中人类活动的陆地，仅占地球表面总面积５．１亿平方公里的２９％，另７１％的表面是潆潆无际的湛蓝海水。所以，加加林宇航太空时所看到的地球，是被一层蓝光覆盖犹如一盏高悬的蓝色金盘。虽说海水是碧蓝的，但也时而变色。黑潮和赤潮就是因海水水色不同而命名但这二者是性质截然不同的两种“海潮”。黑潮是起源于我国台湾省东南和巴士海峡以东海域的洋中“河流”，是世界大洋中两大巨流之一因其水色深蓝似黑而得名。黑潮是一高速带状水流，在巴士海峡和台湾岛东南，其最大流速高约１５０厘…     

热带气旋“浣熊”引发广东南部沿岸大暴雨分析

应用NCEP 1白1?的再分析资料、常规观测资料及地面加密观测资料分析2008年4月热带气旋“浣熊”引发的广东南部沿海地区大暴雨过程成因,结果表明：此次大暴雨过程是在南亚高压加强并向西北方向移动控制华南沿岸及南海北部,同时“副高”减弱东退的大尺度形势背景下发生的;南亚高压和“副高”之间存在“反向”而行的短期互动,而这种互动对大暴雨过程有重要影响;热带气旋向偏北方向移动过程中与高原东侧东移南下的槽在广东南部沿岸合并是引发大暴雨的重要天气系统;暴雨区上空存在对流不稳定,大陆冷高压东移出海过程大气边界层内回流弱冷空气是大暴雨过程不稳定能量释放的促发机制;大暴雨过程水汽源地是西太平洋和南海,来自西太平洋和南海的水汽在暴雨区上空辐合为大暴雨过程提供了充足水汽;大暴雨降落在热带气旋路径的右侧而不是热带气旋中心的四周,其原因是水汽和风场的辐合均发生在热带气旋路径的右侧,这是由热带气旋自身环流和大尺度环境气流共同决定的。     

1949—2010年西北太平洋热带气旋时空分布特征分析

利用1949—2010西北太平洋热带气旋最佳路径数据集,分析了西北太平洋热带气旋的时空分布特征,结果发现:1)62a来西北太平洋生成的热带气旋和登陆我国的热带气旋年频次呈下降趋势,热带低压下降的趋势尤为明显;2)热带气旋平均生成位置随着月份变化呈现季节移动规律,纬度上有明显北移趋势;3)热带气旋中心气压低值和最大风速高值主要集中在南海盆地和菲律宾海以东洋面区,热带气旋前移速度分布具有显著纬度地带性.     

夏季青藏高原加热和大尺度流场的热力适应

使用1986～1995年7月逐日NCEP/NCAR再分析资料,利用位涡方程进行了盛夏季节大气环流场对于青藏高原热源强迫适应调整的诊断分析.揭示了夏季高原上空低层气旋式及高层反气旋式环流结构稳定维持的动力学机理.结果表明高原加热作用造成的低层正涡源是低层气旋式环流得以稳定维持的重要原因.而边界层摩擦产生的负位涡是平衡正位涡的主要因素.加热还在高原上空形成负位涡,侧边界位涡通量收支的分析表明,西边界和南边界有净的正位涡向外输送,但小于东边界和北边界的负位涡向外输出,高原上空大气因而成为影响盛夏大气环流的负涡源.这也是青藏高原上空强大而稳定的反气旋环流得以维持的重要因素.     

南海西南季风爆发的预测研究

利用多个气候场的主分量因子通过相关分析筛选 ,而后进行逐步回归预报。求得南海西南季风爆发的日期与高度场、海温场等因子场的主分量之间的联系。结果表明 ,南海夏季风爆发日期 (196 7- 1997)与上述主分量因子之间有较密切的关系 ,由 9个主分量因子组成的预报方程 ,通过α =0 0 1显著性检验 ,其方程复相关系数为 0 9392。其平均拟合误差为 2 896 ,试报 1998年南海北部和南部西南季风爆发的日期为第 135 6 9d (5月 16日 )和第 138 5 3d (5月 19日 ) ,与SCSMEX的观测结论 1998年南海北部夏季风爆发 (5月 17日 )的日期仅差 1d ,南海中南部夏季风爆发 (5月 2 5日 )的日期相差 6d。由此可见 ,利用相关和回归方法用因子场的主分量作为因子预报南海北部夏季风爆发的效果比较好 ,南部则相对较差。另外 ,研究发现南海北部夏季风爆发主要与海温场的影响有关 ,高度场对南海南部夏季风爆发影响较大 ,且厄尔尼诺与南海南部西南季风爆发偏晚有关 ,但与南海北部西南季风爆发关系不大。可以说 ,这一方法是对南海夏季风爆发预报的一种新的尝试。