渤海1958年和2000年夏季温盐场及环流结构的比较

渤海沿岸葫芦岛、秦皇岛、塘沽及渤海海峡北部北隍城4个海洋站35年(1961~1996)盐度观测资料显示上述4站的盐度分别升高了1.1, 1.6, 1.9和0.4. 盐度观测资料还显示, 过去35年中, 渤海至少发生了5次较大盐度变化过程. 比较1958年8月和2000年8月渤海大面观测资料, 渤海的盐度分布结构也发生了较显著的变化. 1958年8月老黄河口外海表层的低盐区已由高盐区替代, 盐度变化最大值达10.0以上, 且2000年8月从表层到底层盐度量值及分布结构基本一致. 比较两年全渤海的盐度可知, 渤海大部分海区盐度升高了2.0以上. 渤海温盐度场结构的变化导致了渤海环流变化. 数值模拟研究结果显示, 2000年8月渤海环流和1958年同期环流相比其结构发生了大的变化. 环流变化最显著区是渤海湾、莱州湾及其邻近的渤海中部海区. 1958年夏季存在的渤海湾外侧的顺时针流环和莱州湾外侧的逆时针流环在2000年夏季已消失, 渤海湾逆时针流环位置明显外移, 莱州湾内流动方向发生了180°的转向. 与渤海环流变化相应, 渤海和黄海的水交换量也随之发生了变化, 2000年8月较1958年8月渤海与黄海的月平均水交换量减少了0.7×10⁴ m³/s.     

南黄海海底沉积物的磁化率特征

根据黄海、东海海域172个表层沉积物样品的体积磁化率测量结果, 讨论了磁化率的分布情况, 初步分析结果表明: 表层沉积物磁化率分布能够反映陆架海不同的现代沉积物组合, 指示沉积物不同的源区, 并以30 mCGS为界, 把黄海、东海海域按照磁化率值的大小分为H区(磁化率高值区)和L区(磁化率低值区). 在这两个区域中, H区为沿岸流区, 物质来自毗邻的陆地地区, 主要物源来自长江和黄河; L区主要为黄海和东海的冷涡沉积区, 该区终年为黄海冷水团所盘踞. 磁化率的分布还能够反映陆架海中的沉积动力强弱, 与研究区内的环流系统分布密切相关. 在水动力较弱的南黄海环流区和东海北部环流区磁化率表现为低值, 而在水动力较强的各沿岸流分布区磁化率为高值. 同时发现在本区中的氧化条件下, 磁化率值高, 在还原条件下, 磁化率值低. 总之, 与黄土、湖泊、表层土壤磁化率的气候替代性指标不同, 陆架海的磁化率更多地反映了不同的沉积物来源及沉积环境.     

南黄海中部泥质区ZY2 孔6200 年以来的海表温度记录及黄海暖流变化的影响

利用长链烯酮不饱和比值(U₃₇^K′)重建了黄海暖流途经的南黄海中部泥质区ZY2 孔6.2 cal ka BP 以来的海水表层温度(SST). SST 变化范围为14.1~16.5℃, 平均15.6℃, 分为3 个阶 段: 6.2~5.9 cal ka BP 较高, 5.9~2.3 cal ka BP 较低且波动大, 2.3 cal ka BP 以来较高且较稳定. SST 的记录与黑潮强弱的变化相似, 对全球气候变冷事件有良好响应, 但各阶段的响应幅度 差异显著: 黑潮影响强盛期SST 对全球变冷事件响应弱, 黑潮影响衰弱期响应强. 响应幅度 差异与黄海暖流作为黑潮陆架支流和冬季风诱导的补偿流的调节机制有关, 黄海暖流带来的 暖水将缓冲气候变冷所引起的SST 降低, 黑潮和东亚冬季风二者均起重要作用. SST 的波动具有1482 a 的周期, 该周期在黑潮波动中以及格陵兰冰芯、北大西洋和阿拉伯海沉积物中同样存在, 显示了南黄海中部SST 变化与黑潮的对应性及中国东部陆架海洋环境对全球海洋环境变化的响应.     

2008 与2010 年黄海浒苔漂移输运特征对比

利用中国近海三维海浪-潮流-环流耦合数值模式, 分别对2008 年6~7 月(青岛奥帆赛前期)和2010 年6~7 月黄海浒苔的漂移开展了模拟和预测, 研究了黄海漂浮浒苔在青岛聚集的动力学成因. 揭示了2008 年6 月浒苔之所以在青岛近岸大量聚集, 是因为该海区月平均表层流向向岸且与岸线几乎垂直; 相比之下, 2008 年7 月上旬表层流场与岸线大致平行, 因而海上浒苔的漂移对奥帆赛场的压力明显减缓. 利用数值模式预测2010 年6 月下旬浒苔主体不会在青岛登陆, 该预测与其后的观测事实相吻合. 研究发现, 风场驱动下的海洋表层流场年际变化是浒苔漂移路径变异的主要原因, 提出区域气候变化是影响海洋生态系统的一种途径.     

台湾海峡西南部表层海流季节变化的地波雷达观测

设置于闽南沿岸的一组国产高频地波雷达的长期观测结果表明, 台湾海峡西南部海域表层海流主要由季风导致的顺岸流季节波动和常年存在的、流速约10 cm/s的东北向背景流所共同组成. 座底ADCP锚碇观测进一步揭示, 在上埃克曼层以深层次顺岸流亦常年向北.     

白令海海盆区夏季水团分布及其年际变化

利用1999,2003,2008,2010,2012和2014年夏季中国6次北极科学考察在白令海海盆区获取的重复断面水文数据,对白令海海盆区水团分类及时空变化特征进行了分析.结果表明,白令海海盆水体主要由高温低盐的白令海海盆上层水、低温的白令海海盆中层水和高盐的白令海海盆深层水组成.其中,白令海海盆上层水主要位于40 m以浅,经向上自南向北厚度逐渐减小,垂向上与中层水之间存在显著的温跃层,跃层强度年际变化显著;白令海海盆中层水主要位于500 m以浅,受白令海陆坡流的影响,在北部陆坡流区有加深加厚的趋势;海盆中层冷水与陆架冷水团同步变化,根据冷水温度和范围差异,可分为冷年和暖年两种状态,且近十几年大致以6 a为周期交替变化.2014年冷水温度最高且范围急剧减小,是否是新一轮暖年的开始还需进一步论证;白令海海盆深层水位于中层水以下,是海盆区体积最大且最稳定的水体,约占总水体体积的80%以上,深层水的温盐范围年际变化较小,维持在较为稳定的状态.北部陆坡流的影响深度可至1000 m.     

南海北部孤立内波的现场观测

利用1998年5~6月期间CTD、温度链和ADCP现场定点连续观测的海温、海流时间序列等资料, 分析南海北部东沙岛附近孤立内波的特征. 结果表明: 在观测期间, 该观测点孤立内波的振幅可达100 m, 在深水区的传播方向为准西向, 波致流的最大流速达2 m/s, 周期介于10~20 min间, 船上雷达测到其西向传播速度可达2 m/s; 最强海洋孤立内波是在1998年5月14~16日出现, 与全日潮大潮发生的时间同步.     

中国及周边海海温资料同化系统

在一个嵌套的海洋环流模式基础上,采用基于变分原理的最优插值方法,初步建立了一个中国及周边海海温资料同化系统.利用1998世界大洋数据集(WOD98)中的海温垂直剖面资料和欧洲中心再分析风应力资料进行了连续12年的同化试验,初步结果表明,同化方案是有效可行的,与未同化前相比,资料同化提高了模式计算的真实性,对中国及周边海海洋环流状况的描述有了很大改善.如所揭示的黑潮的强度、流幅、夏季黄海冷水团及其对应的水平环流、晚夏早秋南海的偶极子涡及其中间的东向急流等都更接近于观测结果.     

基于8个准全球模式模拟的南海深层与底层环流特征分析

初步分析了8个准全球高分辨率海洋模式模拟的南海深层和底层环流,总结了模式中南海深层与底层环流的基本特征.温盐误差分析显示深层温度相对偏差一致偏负,而盐度偏差大部分模式基都是为正偏差,表明深层偏冷偏咸.温度的偏差幅度要大于盐度,且温盐在深层存在趋势.吕宋海峡深层1500m以深水交换各模式平均为0.36Sv,与观测相比偏弱.同化过的模式和一个未同化的模式(OCCAM)都显示,吕宋深层水交换在春季达到最小,而在冬季达到最大.大多数模式2400m以深垂直积分流函数显示南海深层在大尺度上为气旋式环流,但流函数的分布与由气候态温盐数据集(GDEMv3)诊断出来的流函数相比存在较大的差异.南海1000m以浅经向翻转结构比较类似,但1500m以深的经向翻转结构空间分布和强度大小存在较大的差异.而2400m以深的经向翻转与气候态温盐数据集(GDEMv3)诊断出来的经向翻转相比偏弱,这表明着模式中深层水垂直混合过程偏弱.在上述分析基础上,详细探讨了初始温盐场、地形、垂向混合方案对南海深海环流的影响,对今后专门构建适合南海深海环流研究的模式提供了必要的参考.     

南黄海悬浮体和沉积物的物质来源和运移:来自碳稳定同位素组成的证据

利用1998年5月航次中所采集的南黄海海域7个断面、67个站位、5个层次的284个悬浮体样品和64个底质沉积物样品, 分析测定了样品的悬浮体浓度和悬浮体与底质沉积物中的有机碳稳定同位素组成, 以研究悬浮体和沉积物的物质来源和运移过程. 由悬浮体浓度和颗粒有机碳δ ¹³C值的分布特征分析得出了南黄海沉积物搬运的主要格局. 由此格局可以认定, 在陆源物质向南黄海中部深水区的输送过程中底层起着比表层更为重要的作用. 黄海环流是决定南黄海沉积物搬运格局的一个重要控制因素. 由沉积有机质的碳同位素信号证实, 山东水下三角洲高沉积速率沉积物的主要物质来源是现代黄河物质. 在南黄海深水区的陆源沉积物主要来自废黄河物质和现代黄河物质, 现代长江物质所占比例相对较少. 来自朝鲜半岛的陆源物质其数量和影响范围都是有限的. 由悬浮体和碳稳定同位素得出的结论得到了另一个独立的物源指示剂——多环芳烃的进一步证明.     

热带西太平洋环流及其季节变化

利用由GFDL的MOM3海洋环流模式和NODC的XBT数据库生成的全球海洋同化数据,分析了热带西太平洋环流及其季节变化.同化数据所反映的环流结构和平均流速流量与已知观测结果非常吻合.同化数据算得的北赤道流、棉兰老流、黑潮源地以及140°E以西的北赤道逆流等的流量基本上都表现出春强秋弱的季节变化特征,尽管彼此之间还存在少许位相差.由于两个热带流涡季节循环之间存在位相差,北赤道逆流还有半年振荡.与其上游的棉兰老流和新几内亚沿岸流不同的是,印度尼西亚贯通流在夏季东南季风期间较强,表明其季节变化深受季风影响.     

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.     

西太平洋热带气旋路径对北京PM10污染的预示作用

利用北京地区空气质量监测资料和NCEP再分析资料, 分析了北京地区PM10污染过程与天气形势和天气系统的关系. 特别是通过对海平面气压场和西太平洋热带气旋路径的分析, 发现西太平洋热带气旋路径对北京地区PM10污染的发生具有预示作用, 即当热带气旋北上并在朝鲜半岛或日本登陆的情况下, 北京地区一般受持续均压场等弱中尺度天气系统控制, 经常容易发生区域性的PM10空气污染过程. 这为开展北京空气污染预报预警和污染控制, 提供了一个有效的预报方法和手段.     

渤海湾西北湾顶泥沙运动特征及模拟

渤海湾西北湾顶处于粉沙质到淤泥质海岸过渡地带,泥沙运动复杂.根据三角架定点观测和水文测验资料,分析了不同水文条件下的含沙量变化特征,探讨了风浪掀沙模拟的关键处理方法.研究表明,研究海域泥沙运动与风浪关系密切,在小风天气下含沙量很小,六七级风以上天气条件下,且持续作用时,含沙量持续增大,较小风天气增幅达3～6倍左右;含沙量明显变化的临界波高约为0.5 m.从研究海域观测的底部边界层水流结构、剪切力等角度进行了波浪掀沙的水动力机制分析.基于泥沙扩散方程,提出了风浪条件下泥沙模拟的处理方法,包括含沙量层化效应、制约沉速、动床阻力、参考浓度等.与实测资料比较表明,提出的计算方法基本可模拟风浪过程引起的含沙量变化.该研究不仅为类似海域提供基本数据,而且给出了模拟计算关键问题的处理方法,具有重要的理论和实践意义.     

北太平洋副热带西部模态水形成区海洋涡旋对冬季垂直混合过程的影响

利用国际ARGO观测中心2001年2~3月在黑潮再循环环流圈投放的浮标资料, 结合TRMM观测的海表温度资料和T/P-ERS卫星高度计资料, 分析了北太平洋副热带西部模态水形成区海洋涡旋对冬季上混合层的影响. 反气旋式暖涡增强了冬季局地的垂向混合过程, 形成较深的混合层及温度跃层, 有助于北太平洋副热带西部模态水的形成. 发现上世纪90年代, 96~98年对应北太平洋副热带西部模态水形成区的黑潮及黑潮延伸体海区的涡旋活动以气旋式冷涡为主, 较多的气旋式冷涡有效抑制了冬季上层海洋的垂向混合过程; 而93~95年则相反, 较多的反气旋式暖涡加强了冬季上层海洋的垂向混合过程.     

一个涡相容的海洋环流模式模拟的印度尼西亚贯穿流

以1958~2001年ERA40风应力强迫分辨率为0.5°×0.5°的准全球海洋环流模式LICOM1.0, 建立了高分辨率印度尼西亚海上层环流的长时间序列. 模拟结果合理再现了以望加锡海峡为印度尼西亚贯穿流(ITF)主要通道的基本流场. 模拟ITF年平均流量14.5 Sv, 其中上层700 m年平均流量13.2 Sv. ITF流量的季节变化主要是年周期信号. 与观测结果相比, 模拟ITF流量的年平均值与季节变化特征都是合理的. 模拟ITF流量年际异常与Niño3.4指数有显著的负相关(-0.65), 太平洋的年际异常是影响ITF流量变化的主要因子. 模拟结果中, ITF流量与太平洋、印度洋年际异常的关系不是固定不变的, 在某些年份(例如1994年), 印度洋偶极子(IOD)强信号对ITF流量的影响超过了ENSO信号的影响.     

南美SLR 监测的2010 年智利8.8 级大地震产生的地面位移

2010 年2 月27 日, 智利发生了8.8 级特大地震, 该地震使震中附近的地面产生了较大位移. 德国与智利合作的卫星激光测距系统SLR-7405 距震中仅约130 km, 其观测受到地震的影响. 中国科学院国家天文台与阿根廷合作的SLR-7406 系统距震中约600 km, 利用这两个SLR 站的观测资料并结合全球SLR 站的观测资料, 在ITRF2000 下解算了这两个SLR 站点的地心坐标, 发现两站的坐标都发生了不同程度的变化. SLR-7405 站整体向西南方向发生了较大移动, 在X, Y, Z 方向上的位移量分别约为3.11, 0.52 和0.49 m, SLR-7406站在3 个方向上的位移量分别约为0.02, 0.03 和0.02 m. 由SLR 这一独立的观测手段得到的结果可以为其他定位观测提供必要的外部检核.     

东海海底观测网小衢山试验站记录的2010 年智利海啸信号分析

海面高度变化包含了周期性的潮位变化和非周期性的风场、气压和涌浪等过程引起的增、减水变化, 较大幅度的增、减水都可能引发自然灾害. 本文利用东海海底观测网小衢山试验站获取的长期连续观测资料, 通过功率谱及潮汐调和分析方法计算了试验站海平面变化的主周期及其分量值, 并由海平面观测值减去潮汐调和分析值得到海面高度异常值(sla). 研究海域sla 值与南北向风速有较好的相关性, 相关系数为0.65, 并通过线性拟合得出由局地风场引起的海面高度异常值sla_wind. sla_wind 是sla 的主要分量, 但非等值, 即由sla-sla_wind 得到剩余海面高度异常值sla_residual 不等于零, 表明有其他引发海平面异常变化的外力因素存在. 通过详细分析2010 年2 月27 日智利8.8 级强震发生前后一段时间的海平面变化数据, 发现在2010 年2月28 日15:00 时sla_residual 达到极大值0.48 m, 恰好与太平洋海啸中心预报的智利地震海啸进入东中国海沿岸的时间相一致, 由此判断该剩余海面高度异常受到了智利地震海啸的影响. 这是我国第一次用海底观测网的连续、实时数据详细分析越洋地震海啸在我国近海海域的增水过程、极值及其出现时刻, 这对于海啸预报模型的验证与改进和对计划中在东海海域建设海底观测网和海洋灾害预警等均有重要意义.     

南黄海西部及邻域重力场与深部构造

对南黄海 1 2 4°E以西部分海域和陆区的重力数据资料进行了处理 ,并分析研究了该区的重力场特征 ,提出一个重力场滤波波长与相应的解释深度的经验关系式 .参考有关地质、地震等资料探讨了南黄海西部的深部构造格局 ,着重分析南黄海西部的北部坳陷的构造特征 ,以及讨论了该地区可能的油气有利前景 .     

TC-1卫星在近地磁尾观测到的持续尾向流事件

2004年7月11日ACE卫星、Imagine卫星和TC-1卫星联合观测到伴随有持续尾向流的亚暴过程. TC-1卫星在近地磁尾晨侧观测到的磁尾亚暴过程有三个阶段: 增长相过程(11:43~12:19), 预膨胀过程(12:19~12:28)和偶极化过程. Imagine卫星在12:26观测到极光突然增亮; 2 min后偶极化过程发生. 尾向流的持续时间约45 min, 经历了增长相和预膨胀相. 随偶极化过程的发生, TC-1卫星进入等离子体片内观测到高速地向流. 尾向流具有明显的高密、低温和沿磁场方向流动的特征, 与Cluster等卫星在近地磁尾观测到的电离层上行离子流特征吻合. 卫星的联合观测表明近地磁尾尾向流与南向行星际磁场密切相关, 对亚暴过程有重要影响.