南海北部冬季逆风流的动力诊断

采用高分辨率三维海洋环流模式对南海北部陆架／陆坡区环流场进行动力诊断分析，探讨南海暖流所在海区环流场的动量收支和南海暖流逆风流动的动量来源．研究表明，穿越陆架的压力梯度和跨陆架输运的地转适应是产生东北向逆风流的主要原因；沿陆架方向的压力梯度与海面应力、海底应力和科氏力相平衡，且量级比穿越陆架方向上动量方程各项的量级小．该海区动量收支方式的分析对今后南海北部海洋环境预报具有重要参考价值．     

中国海底沉积物中金的丰度

为了促进大陆金矿地质的研究,查明现代海洋沉积物中金的丰度,无疑有所裨益。为此本文首次报道了中国海底沉积物中金的丰度。样品选自中国四大海区:渤、黄、东、南海,包括各类沉积物,共选出233个样品。样品大体上呈均匀分布,具有代表性。样品主要分布在水深<200m的陆架浅海区(209个样品),此外在东海陆坡半深海的冲绳海槽也选了24个样品进行了分析。     

琉球“沟-弧-盆系”构造地貌: 地质地球物理探测与制图

利用多波束全覆盖水深测量数据和地震、浅地层调查、地质地球物理调查资料及现有研究成果, 对琉球“沟-弧-盆系”构造地貌特征进行了系统的分析研究, 编绘了琉球“沟-弧-盆系”构造地貌图. 指出琉球“沟-弧-盆系”地貌的发育和分布格局主要受构造运动的控制. 琉球岛弧与东海陆架和陆坡构造地貌特征具有明显区别, 前者地质构造上由吐噶喇火山脊、琉球褶皱脊和弧前增生楔及夹于其间的奄美拗陷和弧前拗陷组成, 地貌上表现为岛坡海岭与岛坡断陷盆地相间分布的格局; 东海陆坡是一个新生的被动型陆缘, 地貌上表现为断阶型陡坡, 地形变化连续. 冲绳海槽构造上是一个弧后张裂带, 带内构造活动强烈, 火山活动和热液活动活跃, 已经并正在发生海底扩张. 海槽地貌的发育主要受雁行式排列的海槽扩张轴和东海陆坡断裂带、吐噶喇西缘断裂带的控制. 海槽中央为沿扩张轴发育的中央裂谷盆地和中央火山链, 西~西北侧为自东海陆坡坡麓向海槽中央倾斜的浊流堆积平原, 东~东南侧为自琉球岛弧西坡坡麓向海槽中央倾斜的火山碎屑堆积平原. 冲绳海槽在构造地貌上构成东海陆架和琉球岛弧的天然分隔.     

夏季长江口外水下河谷西侧上升流产生的动力机制

通过对2000年8月长江口外现场观测和1997年夏季卫星遥感海表温图片分析, 得出长江口外水下河谷西侧存在着上升流现象. 三维数值模式计算结果分析表明, 该上升流是由斜压效应、正压效应、底Ekman效应和倾斜的地形相互作用产生的. 在水下河谷北侧(长江口南槽东边), 斜压效应是产生上升流的主要原因, 而在水下河谷南边(杭州湾口门中心东侧), 正压效应是产生上升流的主要原因. 河口口外海区上升流产生的动力机制与一般沿岸和陆架上升流产生的动力机制不同.     

东南极冰盖中山站至Dome A断面冰雷达探测初步结果: 冰厚和冰下地形

中国第24次南极科学考察(CHINARE 24, 2007-08)期间, 通过车载冰雷达对东南极冰盖中山站至Dome A断面的冰厚和冰下地形进行了探测, 测线总长1170 km, 其中在82%的测线上成功探测到冰岩界面, 实测数据的水平分辨率<5.6 m. 测量数据经过处理生成沿断面走向的冰厚分布和冰下地形起伏曲线. 结果显示, 断面上的平均冰厚为2037 m, 低于东南极冰盖平均厚度, 730 km处冰厚最大, 冰盖边缘位置冰厚最小(891 m), 内陆1020 km位置冰厚略大于冰厚最小值, 为1078 m; 冰下地形平均海拔728 m, 远高于东南极冰下地形高程平均值, 其中1034 km处海拔最高, 达到2650 m, 765 km处海拔最低. 内陆深处900~1170 km范围内冰下地形海拔较高, 与该段位于Gamburtsev冰下山脉区域有关. 除900 km位置冰下地形的剧烈升高在冰面造成明显的地形抬升外, 总体上, 冰下地形对冰面地形的影响不大. 在冰雷达探测到冰岩界面的部分, 小尺度的冰厚和冰下地形变化相对密集且剧烈, 表明沿断面的冰床粗糙度较大, 认为是冰流运动、冰下环境和冰下地质构造共同作用的结果. 冰雷达未能探测到冰岩界面的部分, 冰厚明显较大. 此外, 由于该段冰流运动较强, 增加了冰盖内部结构的复杂性, 导致冰雷达信号在冰体内传播的衰减严重.     

理想海底地形的南海海洋经向翻转数值模拟

利用一个z坐标刚盖近似海洋环流模式, 分别在吕宋-台湾以东的闭边界和开边界两种情况下, 模拟了理想海底地形(1000 m平底)南海冬季和夏季上层环流的经向翻转(meridional overturning), 目的是为了分析黑潮入侵南海的可能影响范围及其对南海上层环流经向翻转的改变, 并比较这种影响的季节性差异. 模式采用气候平均的海面风场驱动, 热盐强迫采用基于向Levitus气候海面温度和盐度张弛的边界条件. 从模拟结果来看, 黑潮影响南海上层经向翻转的范围可达到10°N左右, 从而驱动南海上层海洋形成一个不闭合的经向翻转. 在冬季(1月份), 海水从大约400 ~ 500 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部; 在夏季(6月份), 也有类似的情形, 海水从大约150 ~ 200 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部. 该经向翻转描述了南海中、上层水的运动路径, 为研究南海风生-热盐环流动力学提供了理想化的参考依据.     

西北冰洋及白令海沉积物颜色旋回与成因

利用沉积岩芯重建高纬海区古环境变化的瓶颈在于微体生物化石的缺乏限制了有孔虫氧同位素地层学在北冰洋的应用.一些北冰洋岩芯中发现的富Mn褐色旋回沉积似可成为建立冰期尺度年代地层的新手段,但仍存争议.我国多次的北极科考在西北冰洋及白令海的不同海区采获了众多沉积岩芯.对代表性的14根岩芯的测试分析发现,采于西北冰洋陆坡至海盆内的岩芯均有颜色的旋回变化并基本可用颜色反射率参数a*/b*值来指示.a*/b*与Mn,Mn与Mo之间具有较密切的相关变化,沿陆坡向洋盆中央方向,深褐色沉积层中的MnO含量逐渐降低;而采于白令海、北冰洋陆架及近岸深海的岩芯均未出现颜色及Mn含量的旋回变化,且a*/b*与Mn,Mn与Mo之间无任何相关性,同时,MnO含量总体很低.结合部分岩芯的地层年代框架推测,间冰期时,大量风化的陆源Mn元素经陆架被搬运至洋盆,并随洋流分布到氧化环境较强的海区沉积,形成了深褐色沉积层;冰期时,因陆架封冻、海冰覆盖率增高导致还原性沉积环境,造成北冰洋洋盆内形成土黄色或深灰色沉积.在排除成岩作用的影响后,颜色及Mn元素含量的旋回变化应能指示冰期/间冰期旋回变化.     

末次冰消期南海南部的普林虫低值事件

通过对中法合作“马可•波罗”航次在南海南部陆坡采集的MD 05-2894柱状样(7°2.25′N, 111°33.11′E, 水深1982 m)进行浮游有孔虫定量分析, 结果表明, 末次冰消期距今16.0~14.9 cal ka BP之间, 浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloculata(斜室普林虫)的丰度急剧降低至几乎为零. 这次普林虫低值事件在南海南部普遍存在, 发生时间介于17.0~14.8 cal ka BP之间, 可以作为地层划分对比的良好标志. 对浮游有孔虫表层种Globigerinoides和次表层种P.obliquiloculat的壳体进行Mg/Ca比值分析, 再造表层和次表层海水的温度, 进一步揭示末次冰消期普林虫低值事件时, 表层海水的温度变化不大, 而次表层海水的温度明显下降~2℃, 使得温跃层深度随之变浅. 这次普林虫低值事件在时间上相当于H1的气候变冷事件, 反映了南海南部热带海区上部水体垂向结构的巨大变化, 为研究末次冰消期变暖过程中的快速气候变化提供了重要依据.     

琼东南盆地深水重力流沉积旋回

通过3D地震资料,在琼东南盆地西部陆坡(15°30′00″~16°30′00″N)、早更新世至今的沉积地层中,自下而上依次识别了3套重力流沉积旋回,每套重力流沉积旋回由下部的块体搬运沉积体系和上部的水道-堤岸沉积体系构成.块体搬运沉积体系整体呈现为杂乱、半透明状的地震反射特征,底界面发育侵蚀沟谷,内部发育逆冲断层;水道-堤岸沉积体系整体表现为平行、连续同向轴的地震反射特征,局部半透明,发育弯曲水道、海鸥翼状堤岸、越岸沉积、决口扇和滑塌体.依据海底地形、重力流流动方向和中南半岛的山间河流分布推断越南中部山区是研究区的重力流物源,山间河流是主要的输送途径,指出陆架-陆坡的快速沉积物堆积是形成重力流沉积旋回的基本条件,探讨了海平面变化过程中的孔隙流体压力变化与重力流沉积体系类型之间的对应关系,并在理论上推测重力流旋回周期与更新世偏心率长周期(400~500 ka)的海平面变化一致.     

琉球“沟一弧一盆系”构造地貌：地质地球物理探测与制图

利用多波束全覆盖水深测量数据和地震、浅地层调查、地质地球物理调查资料及现有研究成果，对琉球“沟．弧．盆系”构造地貌特征进行了系统的分析研究，编绘了琉球“沟．弧．盆系”构造地貌图．指出琉球“沟-弧-盆系”地貌的发育和分布格局主要受构造运动的控制．琉球岛弧与东海陆架和陆坡构造地貌特征具有明显区别，前者地质构造上由吐噶喇火山脊、琉球褶皱脊和弧前增生楔及夹于其间的奄美拗陷和弧前拗陷组成，地貌上表现为岛坡海岭与岛坡断陷盆地相间分布的格局；东海陆坡是一个新生的被动型陆缘，地貌上表现为断阶型陡坡，地形变化连续．冲绳海槽构造上是一个弧后张裂带，带内构造活动强烈，火山活动和热液活动活跃，已经并正在发生海底扩张．海槽地貌的发育主要受雁行式排列的海槽扩张轴和东海陆坡断裂带、吐噶喇西缘断裂带的控制．海槽中央为沿扩张轴发育的中央裂谷盆地和中央火山链，西～西北侧为自东海陆坡坡麓向海槽中央倾斜的浊流堆积平原，东～东南侧为自琉球岛弧西坡坡麓向海槽中央倾斜的火山碎屑堆积平原．冲绳海槽在构造地貌上构成东海陆架和琉球岛弧的天然分隔．     

底质粒度信息的空间分异与代表性: 以杭州湾舟山岛-金山卫断面为例

对杭州湾舟山岛-金山卫断面沉积物柱状样进行了高密度采样, 并用激光粒度仪进行了粒度分析. 结果显示, 在不同站位沉积物平均粒径具有不同的垂向分布. 由于该断面所在区域海底活动性强, 短时间尺度的活动层厚度的量级远高于长时间尺度的净沉积速率的量级, 平均粒径的垂向分布特征更多地反映了同一沉积环境中形成的不同类型沉积记录, 很难代表沉积环境的长时间尺度演化. 粉沙为主和沉积物粒径的垂向平均值随着厚度的增加而呈现收敛趋势的底质粒度特征, 说明物源因素控制着研究区总体的沉积物分布规律, 而水动力因素造成了一定程度的沉积分异. 沉积物的垂向分异使表层底质粒径的断面分布不同于活动层内垂向平均底质粒径的断面分布. 对于强潮、粉沙环境的沉积物输运模拟而言, 如果涉及的时间尺度较大, 则采用活动层的平均值作为模型的粒度参数较为合适.     

南海北部450 m以浅水层内潮和近惯性运动研究

通过对2000年8~11月南海北部海区2个半月的ADCP流速观测资料的分析研究了观测海区的正压潮、内潮和风生近惯性内波的特征. 结果表明, 观测海区的正压潮和内潮均以M₂, K₁, O₁和P₁为主, 这四个分潮正压潮流振幅分别为7.8, 7.0, 5.4和3.5 cm·s^-1; 内潮的潮流振幅存在着显著的空间变化, M₂, K₁和O₁频率内潮的振幅在温跃层处均可以达到12~15 cm·s^-1, 但随着深度的增加振幅减小. 近惯性运动对于正压流动的贡献很小, 振幅不到1 cm·s^-1, 但是斜压的近惯性流动的振幅可以达到5 cm·s^-1. 从提取的内潮和近惯性内波的潮流椭圆的长轴与水平方向的夹角随着深度的分布可以看出, 内潮能量由深海向海表传播;而近惯性内波的能量由海表传向深海.     

深反射地震剖面所揭示的白云凹陷的深部地壳结构

以过南海北部陆缘的珠江口盆地白云凹陷中部的第一条长电缆深反射地震剖面(14 s)作为研究的基础, 对该剖面进行了速度分析、时深转换及精细地震解释, 探讨了白云凹陷的深部构造特征. 该剖面深部反射特征非常清晰, 莫霍面表现为一个起伏不平、厚薄不一的“层”, 其厚度可达1~3 km. 地壳厚度从陆架、陆坡向海盆明显阶梯式减薄, 在白云主凹的沉积中心处仅厚7 km左右. 在剖面的最东南端下陆坡部位, 深部(10~21 km)有三个略显起伏、彼此大致平行的强反射条带, 推测为莫霍面之下存在俯冲洋壳的显示. 在白云凹陷可能存在深大断裂, 凹陷的持续强烈沉降可能与深大断裂的长期活动有关.     

台湾岛东南准稳态兰屿冷涡的初次记录

对卫星跟踪表层漂流浮标、卫星高度计和遥感SST图像资料的分析均发现, 1996年3月前后在台湾岛东南、恒春半岛与兰屿之间有一个大型的气旋型黑潮锋面冷涡. 该冷涡的水平尺度在纬向和经 向分别可以达到70和100 km左右, 并伴随有黑潮在兰屿附近相应的离岸蛇形. 冷涡与常见的黑潮锋面涡不同, 在兰屿一带呈准稳态滞留, 时间达两个月以上. 有证据表明, 冷涡滞留期间, 黑潮可能呈套状侵入南海，而且类似的涡旋在同一位置不时发生. 对比此前墨西哥湾的相关研究, 兰屿锋面涡应是美国佛罗里达半岛南端Tortugas涡的南海版本. 蛇行的黑潮在离开南海时所发生的超射和位涡守恒是冷涡形成的可能原因.     

印度尼西亚贯通流年代际变化及成因分析

基于最新SODA资料研究了印度尼西亚贯通流(Indonesian throughflow, ITF)体积和热量输运的年代际变化, 并对其机制进行了初步探讨. 结果表明: ITF体积输运年代际变化主要产生在714 m以浅, 热量输运的年代际变化主要在450 m以浅. Davao南侧、新几内亚岛北侧和澳洲西北侧海域不同深度以上垂向积分海水压力年代际变化较为一致; 澳洲西北侧与Java岛南侧海域的垂直积分压力差与ITF体积输运在年代际尺度上具有最好的对应关系. 基于绕岛环流理论分析了年代际尺度上太平洋风应力与ITF体积输运的关系, 指出澳大利亚南端纬线上和赤道太平洋的纬向风应力积分是ITF年代际变化的主要贡献者, 赤道太平洋的纬向风应力积分决定了ITF年代际变化的相位. 上述结果说明热带海区的大气强迫和海洋调整过程均对ITF年代际变化有重要的贡献.     

日本福岛放射性污染物在北太平洋海水中的输运模拟与预测

针对2011年3月11日地震和海啸引发的日本福岛核电站放射性污染物泄漏事件,利用ROMS海洋模式对北太平洋海洋环流进行了模拟,并在该海洋环流数值模拟结果基础上,对核泄漏物质在海洋中的输运过程进行了10年的中长期模拟和预测.模拟结果显示:放射性污染物通过北太平洋低位涡水的输运通道到达我国近海的时间约为12年;表层放射性污染物随着海流最远输运到140°W后便分为南北两支,南支随着赤道流系向西输运,可以影响到菲律宾以东洋面,北支到达北美西海岸后随沿岸流向南北输运,北向输运可以影响到白令海峡;200m层的放射性污染物进入海洋后的输运分为3个部分:一部分沿深层海水流动向西南输运;一部分随低位涡水团输运影响台湾以东海区;还有一部分随黑潮延伸体向东输运,并分为两支,其中一支会输运到北美西海岸,另外一支向南影响到夏威夷岛周围海域.最后,结合污染物漂移扩散模型估算了放射性污染物在海洋中的浓度扩散趋势:放射性同位素137Cs的浓度高值区逐渐向东移动,2年后可达太平洋海盆中部,8年后可达北美西海岸,虽然影响范围不断扩大,但其极值浓度在不断降低.     

南海北部陆缘岩石圈热-流变结构

通过对南海北部陆缘３条深部地震剖面岩石圈热结构的计算,利用玄武岩固相线获得“热”岩石圈厚度,利用线性摩擦破裂公式和幂律流变公式获得岩石圈的流变结构。计算表明,“热”岩石圈厚度在大陆架区大约９０ｋｍ,往陆坡方向减薄,在下陆坡,洋壳及西沙海槽区减薄为６０￣６５ｋｍ;在中西部陆架区及西沙台地区,岩石圈流变结构由上到下一般具脆－韧－脆－韧组合结构,海槽区因热地幔上拱,地壳与岩石圈减薄,上脆性层底界埋深仅１     

珊瑚礁区沉积物的极低放射性水平特征与成因

海洋沉积物作为放射性核素的归宿,在全球不同海区均有沉积物放射性核素的研究报道,然而珊瑚礁区却极少报道.本研究选取南海的岸礁和环礁两种类型的珊瑚礁区,采样站位跨越~1500 km(14°),系统开展南海9个不同珊瑚礁区沉积物中放射性核素研究.对比不同海区沉积物的放射性水平,本研究发现珊瑚礁区沉积物的总放射性水平(等当量镭指数)只有其他海区沉积物和全球土壤总放射性水平的1%~10%,环礁沉积物等当量镭指数平均值(3.97 Bq/kg)不到全球土壤平均值(108.70 Bq/kg)的5%,珊瑚礁区沉积物具有极低的总放射性水平特征.珊瑚礁区的沉积物同时具有低~(40)K、低~(226)Ra和~(228)Ra、低~(226)Ra/~(238)U活度比值的三大特征,该特征源于珊瑚礁区的生物矿化-破碎风化而形成的生源沉积物,显著不同于其他海区的岩石土壤风化-搬运而形成的陆源沉积物.这些特征可以作为新的地球化学指标,对传统元素(Al和Ti)、稀土元素、矿物组成等手段进行有益的补充,指示珊瑚礁区水体悬浮物/沉积物中不同物质来源的贡献.     

西太平洋-南海中尺度水位波动的耦合传播特征

通过对沿21°N和南海北部陆坡一线卫星高度计沿轨海面高度波动的时间序列分析, 研究西太平洋和南海之间中尺度水位波动的耦合传播特性, 以探讨西传的太平洋中尺度波动经吕宋海峡进入南海的可能性. 分析显示, 西太平洋中尺度波动对南海的影响有限, 除45 d频带之外吕宋海峡两侧不存在统计意义上显著的波动传播. 迹象表明45 d波动很可能是黑潮自身的属性, 来自其低纬度源地. 分析还认为, 西传的自由Rossby波在遭遇吕宋海峡黑潮这一动力学壁垒后将变形解体, 黑潮进而以自己的方式影响南海. 就中尺度波动的耦合传播而言南海是一个相对独立的系统.     

长江三峡ADP流速剖面特征及其水文地貌环境意义分析

2002年5月21日至6月2日间, 利用ADP等仪器对重庆至宜昌段三峡河床进行了纵剖面流速及地形的测试. 工作期间的流量小于15000 m³/s. 结果表明重庆至万县段流速与河宽成正比, 最高流速达3.0~4.0 m/s, 一般出现在河宽大于1000 m, 水深小于20 m, 由巨砾和卵石滩组成的碛滩部位, 过水断面面积很小. 相反, 低流速出现在水深较大的河床部位, 河宽小于500 m, 河谷呈准“U”字型, 过水断面面积较大. 万县往下至奉节河段, 最大流速基本都出现在水深大于50 m的峡谷河床部位, 流速大于上部碛滩河段, 河宽较小(小于600米), 河床呈“V”字型, 过水断面面积较小. 奉节至秭归河段, 水深大的部位, 河宽小(小于500 m), 河床呈“W”字型, 过水断面面积较大, 流速变小. 研究表明过水断面控制着流速分布. 秭归~葛洲坝之间出现缓流区(包括西陵峡), 流速小于1.0 m/s, 为葛洲坝建坝后效应. 另 外, 葛洲坝建坝25年来河床明显淤积, 库区河床淤积抬高达20 m, 并且出现水面壅水现象, 向上游可延伸150 km. 坝下底床出现15~20 m的冲刷现象.