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。     

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。     

基于FVCOM的鹤地水库环流特性模拟研究

采用FVCOM模型,考虑径流与风的影响,模拟鹤地水库2013年1月至2014年3月的环流。模拟结果与2014年3月实测流速值符合良好。对比2013年纯径流、不同定常主导风以及2013年实际径流与风场作用下的环流,结果显示:1不同主导风作用呈现出不同环流结构。在NNE风持续作用下,库区呈现出多个较大的逆时针环流,西岸流普遍比东岸流强;而在S、SSE风下,则出现多个逆时针与顺时针环流交替,且东岸流普遍比西岸流强;2在冬半年,径流弱而风力较大情况下,风成为水平、垂向环流作用主导因素;而夏半年,径流较强劲,此时风向多与径流流向相反,水库水平、垂向环流则主要受径流控制;3库区全年平均主要以逆时针环流为主,并形成较强沿岸流,西岸流比东岸流更强。     

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。     

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.     

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。     

北部湾入海径流研究展望

北部湾属于大陆架上的一个浅海湾,入海河流众多。每年夏季汛期,流入北部湾的入海径流形成的冲淡水在湾内构成独特的夏季型水文分布特征,给海湾生态环境和动力环境带来巨大影响。然而,北部湾入海径流对广西海域生态系统影响的研究至今仍未引起关注。2015-2017年,课题组针对风对北部湾入海径流扩散的影响展开研究,揭示了一些现象和特征,但对入海径流复杂影响的认识还远远不够,且目前的研究也仅限于广西近海,范围十分有限,得出的结论其代表性显然不足。所以,鉴于北部湾特殊的地理位置,可借助数值模型计算结合具有针对性的观测数据的研究方法,将广西近海与北部湾全海湾联合在一起,深入研究越南红河入海径流与中国广西沿岸入海径流联合作用对北部湾北部生态系统环境的影响,找出影响北部湾北部海域海洋初级生产力高值区形成,以及广西沿海高浓度氮、磷营养水体来源的主要原因,为广西近海良好生态系统的建立提供科学依据。这既是今后广西入海径流研究的方向,更是急需开展研究的新课题。     

西南涡大气边界层结构的数值模拟Ⅰ:Ekman层流场特征分析

本文利用大气边界层模式,对1979年7月24～25日的一次西南涡进行了Ekman层流场分析。在理论计算的前提下,通过加入有限的实测风资料进行动力学调整,不仅在Ekman层中能较好地表现出西南涡的气旋性环流特征,而且发现西南涡在大气边界层中具有中尺度扰动的特征,在整个气旋环流的形势中有局部的反气旋环流出现,这是850hPa、700hPa大尺度天气图上所不能得到的。     

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。     

Progress of regional oceanography study associated with western boundary current in the South China Sea

Recent progress of physical oceanography in the South China Sea (SCS) associated with the western boundary current (WBC) and eddies is reviewed in this paper. It includes Argo observations of the WBC, eddy detection in the WBC based on satellite images, cross-continental shelf exchange in the WBC, eddy-current interaction, interannual variability of the WBC, air-sea interaction, the SCS throughflow (SCSTF), among others. The WBC in the SCS is strong, and its structure, variability and dynamic processes on seasonal and interannual time scales are yet to be fully understood. In this paper, we summarize progresses on the variability of the WBC, eddy-current interaction, air-sea interaction, and the SCSTF achieved in the past few years. Firstly, using the drifting buoy observations, we point out that the WBC becomes stronger and narrower after it reaches the central Vietnam coast. The possible mechanisms influencing the ocean circulation in the northern SCS are discussed, and the dynamic mechanisms that induce the countercurrent in the region of northern branch of WBC in winter are also studied quantitatively using momentum balance. The geostropic component of the WBC was diagnosed using the ship observation along 18°N, and we found that the WBC changed significantly on interannual time scale. Secondly, using the ship observations, two anti-cyclonic eddies in the winter of 2003/2004 in the northern SCS, and three anti-cyclonic eddies in the summer of 2007 along 18°N were studied. The results show that the two anti-cyclonic eddies can propagate southwestward along the continental shelf at the speed of first Rossby wave (～0.1 ms-1 ) in winter, and the interaction between the three anti-cyclonic eddies in summer and the WBC in the SCS is preliminarily revealed. Eddies on the continental shelf of northern SCS propagated southeastward with a maximum speed of 0.09 ms-1 , and those to the east of Vietnam coast had the largest kinetic energy, both of which imply strong interaction between eddy activity and WBC in the SCS. Thirdly, strong intraseasonal variability (ISV) of sea surface temperature (SST) near the WBC regions was found, and the ISV signal of SST in winter weakens the ISV signal of latent heat flux by 20%. Fourthly, the long-term change of SCSTF volume transport and its connection with the ocean circulation in the Pacific were discussed.     

北部湾夏、冬两季异养细菌的水平分布特征及其影响因子

于2006年7月15日-8月7日和2006年12月25日-2007年1月22日对北部湾夏、冬两季水体中异养细菌丰度进行调查,探讨环境网子对异养细菌丰度的影响.结果表明,北部湾夏、冬两季异养细菌平均丰度分别是8.00×103和3.85× 102 mL-1.夏季北部湾北部海域表、中、底3个水层异养细菌丰度均显著高于中部和南部海域(p＜0.05),而冬季北部海域表层水体反而成为异养细菌丰度的低值区(p＜0.05),中层和底层水体中异养细菌丰度分布差异不大.随着离岸距离的增加,夏季水体中异养细菌丰度呈现逐步降低的趋势,而冬季这种趋势不明显.活性硅酸盐(SiO3 -Si)和叶绿素a(Chl a)浓度是影响北部湾夏、冬季异养细菌丰度水平分布的关键环境因子.除此之外,冬季水体中异养细菌的丰度还与温度、盐度和溶解氧(DO)显著相关.     

广西北部湾海域水质污染调查与分析

为全面了解广西北部湾海域水质污染状况,根据广西北部湾海域2021年8月（夏季）和2022年1月（冬季）表层海水调查数据,利用单因子污染指数法、有机污染指数法和综合污染指数法对广西北部湾海域进行水质污染分析和评价。研究表明：广西北部湾海域表层海水夏季和冬季pH、溶解态无机氮（DIN）、溶解态无机磷（DIP）和溶解氧（DO）存在不同程度超标,主要污染物为DIN和DIP,钦州湾和铁山港是各单因子主要超标海域。有机污染方面,仅夏季钦州湾湾内存在1个重度污染站位,在钦州湾和铁山港湾内出现中度污染,夏和冬两季分别占18.5%和13.6%,其余受污染海域同时出现在钦州湾、廉州湾和铁山港,夏和冬两季良好水质仅占3.7%和22.7%,均位于涠洲岛海域。综合污染方面,未发现严重污染水域,仅钦州湾在夏季出现中度污染,轻度污染在夏和冬两季分别占40.7%和31.8%,夏季除涠洲岛外其他海域均受到综合污染,冬季仅钦州湾和铁山港受到综合污染。整体而言,单因子超标率、水体有机污染和综合污染程度在夏季高于冬季,在湾内高于湾外。