东中国海1976—1996年上层海洋盐度变化趋势及机制初步探讨

本文采用客观分析资料Ishii,分析东中国海1976—1996年上层海洋不同深度盐度变化的空间分布结构;并结合OAflux客观分析蒸发资料和GPCP实测降水资料以及大通站长江径流量资料,分析蒸发、降水、淡水通量(蒸发与降水之差)、长江冲淡水等表面强迫对东中国海盐度变化的影响。研究表明:东中国海盐度变化趋势有明显的区域差异性:渤海和北黄海区域表层盐度呈上升趋势,主要受黄河径流量持续减少的影响;长江口附近区域的表层盐度主要受长江径流量变化的影响,夏季盐度升高趋势明显且影响范围至对马海峡附近,冬季趋势不明显;东海黑潮区域(长江口附近区域除外)表层盐度与淡水通量(蒸发与降水之差)变化一致呈上升趋势。另外,除渤海和北黄海以外的沿岸浅水区表层盐度呈降低趋势,主要受陆地降水增加的影响。表层以下盐度的变化与表层不同,上升趋势大致与主要暖流路径一致,可能是水平平流作用占主导地位。

伴随同化方法在中国近海海洋数值模拟中的应用

简述了几种常用的资料同化方法,并较为详细地阐述了伴随同化方法的基本原理。基于其在潮汐模式中、在海水温度场中和在海洋生态模型中的应用等三方面综述了伴随方法在中国近海海洋数值模拟中的应用研究现状和进展。并对伴随方法的应用前景进行了初步的评述,指出该方法可对海洋观测方案的优化发挥重要作用,其在生态学流动力学模式中的应用亦应得到充分重视。

常用海洋数值模式简介

OGCM(Ocean General Circulation Model普通海洋环流模式)简单的说就是把海洋原始方程组离散求解的过程。鉴于实际观测资料较少,无法满足研究需求,用数值模式进行数值模拟是实用的研究方法之一。目前海洋学界较为常用的OGCM有POM、FVCOM、HAMSOM、HYCOM等。这些模式有些适用于近岸海域,有些适用于大洋,各有其自身的特点。本文作者在对以上各模式使用与理解的基础上,对这几种模式进行了介绍,并对如何选用一个合适的模式给出了建议。

太平洋北赤道流区上层海洋季节内振荡及斜压稳定性

根据全球高分辨率的海洋环流模式 (POCM)的数值模拟结果 ,发现北赤道流区上层海洋流的季节内变化是以准 60天振荡为主 ,该准 60天振荡的振幅有年际变化。利用 2 .5层海洋模式 ,确定了NEC区纬向Rossby波解的频散关系。该关系表明 :北赤道流区行星波和波长小于 5 70km的Rossby波都为稳定波 ;波长小于 2 0 0 0km ,大于 5 70km的Rossby为不稳定波 ;最不稳定波的相速度和波长分别为 - 0 .1 45m·s- 1 和 785km。斜压不稳定是北赤道流区上层海洋准

1945～2006年东中国海海表温度的长期变化趋势

通过对HadISST1资料1945～2006年海表温度(SST)的分析,发现在东中国海SST具有明显的长期升高的线性变化趋势,平均每年升高0.015℃,在这62 a共升高了0.9℃。其中,东海的升温现象最为突出,从福建和浙江两省沿岸向东北方向扩展的大片海域,是整个东中国海SST变化最大的所在。由于台湾海峡常年向北的流动和台湾岛东北侧向北的黑潮水入侵在1945～2006之间得到了相当程度的加强,它们对热量平流输运的增加有利于东中国海SST长期升高。同样起到促进作用的还有海面风场所控制的垂向卷夹过程。海面净热通量的变化抑制了东中国海SST的长期升高趋势。研究结果显示,东中国海SST的长期变化趋势极有可能是受到太平洋长期变化的影响。

海洋气象条件变化对青岛平流雾过程的影响分析

利用风廓线资料、探空资料和地面气象观测资料对青岛夏季的一次平流雾过程进行了分析,探讨了雾的演变与气象条件的关系。研究表明：雾的强度和厚度与风的垂直结构密切相关,风向为稳定的东南风,90%以上的相对湿度层有一定厚度时,3 m/s以内的风速层内容易成雾,雾顶高度在240~530 m之间。雾顶可以在逆温层底,也可能低于逆温层底。逆温层抬升有利于雾层向上发展,突破混合层高度。稳定的向岸风有利于海风的形成,造成比湿持续增加和大气中粗粒子增多,能见度下降和雾的出现。

海浪破碎对海洋上混合层中湍能量收支的影响

海浪破碎产生一向下输入的湍动能通量,在近海表处形成一湍流生成明显增加的次层,加强了海洋上混合层中的湍流垂向混合。为了研究海浪破碎对混合层中湍能量收支的影响,文中分析了海浪破碎对海洋上混合层中湍流生成的影响机制,采用垂向一维湍封闭混合模式,通过改变湍动能方程的上边界条件,引入了海浪破碎产生的湍动能通量,并分别对不同风速下海浪破碎的影响进行了数值研究,分析了混合层中湍能量收支的变化。当考虑海浪破碎影响时,近海表次层中的垂直扩散项和耗散项都有显著的增加,该次层中被耗散的湍动能占整个混合层中耗散的总的湍能量的92.0%,比无海浪破碎影响的结果增加了近1倍;由于平均流场切变减小,混合层中的湍流剪切生成减小了3.5%,形成一种存在于湍动能的耗散和垂直扩散之间的局部平衡关系。在该次层以下,局部平衡关系与壁层定律的结论一致,即湍动能的剪切生成与耗散相平衡。研究结果表明,海浪破碎在海表产生的湍动能通量影响了海洋上混合层中的各项湍能量收支间的局部平衡关系。

海洋生态模型中的伴随同化方法

伴随同化方法(简称“伴随法”)在1995年被首次应用于海洋生态模型,此后,它在海洋生态模型的研究中得到了广泛的应用。在本文中,作者详细阐述了海洋生态模型中伴随法的结构和特点,具体介绍了伴随法在海洋生态模型应用中的研究进展;并且以渤、黄海NPZD生态数值模式为例,展示了伴随法的优越性。

海洋湍流观测技术

湍流在海洋能量和水体的交换演化中起着非常重要的作用。海洋湍流研究的发展和海洋湍流观测仪器的研发密切相关。世界上湍流观测仪器的研发起步于上世纪50年代,但是我国在湍流观测设备方面到目前为止仅仅处于起步和引进国外设备阶段。针对我国的情况,文中对海洋湍流观测的平台、探头测量原理及其数据修正、资料后处理等关键技术做一个总结性的介绍,为我国使用引进的海洋湍流设备和自主开发海洋湍流测量设备提供参考。

台湾以东黑潮流量变异与冬季西北太平洋海洋-大气相互作用

通过对历史资料进行奇异值分解、合成分析及相关分析,揭示了对应冬季台湾以东黑潮流量增强(减弱)时,西北太平洋海区异常失热(得热),北太平洋(北纬20°N以北)上空500hPa位势高度负异常(正异常);进一步证实了冬季西北太平洋海洋-大气相互作用是一个正反馈过程;发现了冬季台湾以东黑潮的暖平流作用可能是维持该正反馈过程进行的一个必要条件;通过超前和滞后相关及合成分析,提出从10月开始,台湾以东黑潮流量异常形成的暖平流作用会对冬季西北太平洋海区海洋-大气相互作用有贡献。

美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统简介

介绍了美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统(Caro-COOPS系统)。该系统通过"实时观测-模式模拟-数据同化-业务应用"形成的一个完整链结,为卡罗莱纳州及其周边海域的科研、经济以及军事应用提供服务。观测系统依靠沿岸水文气象台站、海上浮标、潜标以及卫星遥感装置等,获得研究海区的准确观测资料。数值模拟模块是Caro-COOPS系统的核心部分,使用三重网格嵌套技术,并耦合了大气、海浪、泥沙输运以及生物化学模型,真实、全面地模拟出该海区的状况。Caro-COOPS系统中采用集合卡曼滤波和四维变分同化的方式,利用观测数据来调整计算误差。在模式的运行过程中,数据同化的作用主要体现在对初始场和强迫场的修正上,其观测结果经过统计分析处理后,可对原有的强迫场进行校正,将相对真实的强迫场提供给模式计算;模式计算的结果与观测数据相融合,通过滤波的方法调整积分的方向,以便更加逼近物理场的真实状态,将滤波调整后形成的物理场作为模拟下一个时刻计算所需的初始场。经过数据同化的调整,优化了模式计算所依赖的初始场和强迫场,减小了其与真实状态的误差,使模式的计算结果更加逼近真实值。Caro-COOPS系统的一大优势亮点是通过将预报结果与地理信息系统(GIS)相结合,快速而准确地定位洪水、风暴潮等自然灾害的影响区域,可准确至每一条街道乃至住宅,极大方便了决策部门有针对性地进行灾害预防和救助工作。GIS与模式结果的结合也极大地增强了Caro-COOPS系统服务社会的能力。

近50年东中国海潜热通量的变化

利用1958—2006年OAFlux热通量资料,分析了东中国海海域潜热通量的长期变化特征,并探讨了与局地和太平洋海域影响因素的关系。结果表明:近50 a东中国海潜热通量显著增加,沿黑潮主轴增幅最大。通过分析阿留申低压区(30°N～60°N,160°E～140°W)风场的变化,发现其风应力旋度与东中国海潜热通量变化的主要影响因素海气比湿差存在显著的正相关,表明可能是北太平洋风应力旋度的变化而不是东中国海域风场的变化导致了潜热的长期增加。超前和滞后相关分析表明,东中国潜热通量的变化比北太平洋风应力旋度的变化存在4 a左右的延迟,可能是副热带环流对风场变化调整所需的时间。

考虑穿透性太阳辐射的一维时变海洋混合层数值模式

文章针对目前海洋分层模式中确定混合层深度方法的不足,利用最新发展的描述穿透性太阳短波辐射的经验公式,提出了一种易于在海洋分层模式中应用的一维时变混合层模式。并用模式结果与太平洋2°N95°W站点的观测资料进行了比较,结果吻合较好。研究还表明,由于考虑了穿透性太阳短波辐射的影响,新方法能很好地刻画混合层深度的短周期变化。

热带海洋次表层温度反升现象的初步探讨

参照一维Kraus-Turner混合层模式,考虑了穿透性太阳短波辐射、盐度效应和次表层温度盐度方程,在障碍层现象的基础上数值模拟了次表层温度反升现象的产生、发展和消亡过程,并结合TOGA-COARE 0°N,156°E站点的观测资料,对其物理机制作了初步探讨.结果表明,次表层温度反升现象敏感地依赖于混合层深度、海面风速和太阳短波辐射等环境参量,在适当的气象、水文条件影响下,次表层温度反升现象往往会类周期性地重复出现.

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。

波浪对海洋上混合层温度变化的影响研究

通过在海洋上混合层温度方程的平流输运项中加入Stokes漂的影响,定量计算了波浪Sokes漂对混合层温度变化的贡献,即Stokes漂对SST变化的影响。结果表明,波浪Stokes漂的平流输运作用对混合层温度变化的贡献与平均流的贡献在量值上处于可比的量级,二者全球平均比值为23.43%,最大比值达到70%。而对于SST变化率的影响也较为显著,加入Stokes漂影响后,SST变化率的最大变化值达到0.989×10-6℃/s,SST变化率的全球平均变化值为0.077 8×10-6℃/s,与SST变化率全球平均量值0.516 2×10-6℃/s相比达到15.07%,是不可忽略的。因此,在对于海洋混合层温度计算过程中,考虑波浪Stokes漂的作用是必要的。

基于参数空间分布的海洋生态系统模拟

在模拟大尺度海洋生态系统时,由于子区域的生态系统有着各自的特征,导致参数值在空间上存在差异,因此参数在整个研究区域取常数的做法必须改进。基于此,使用气候模式FOAM的气侯态背景场驱动一个简单的三维海洋生态系统模型,并引入参数的空间分布,在全球尺度上通过伴随方法同化SeaWiFS叶绿素资料。引入参数空间分布后,同化结果得到很大改进:浮游植物表层生物量(氮)的平均差从0.1553减小至0.0606mmol·m-3,下降了60.9%,有效地降低了模拟值与观测值在空间上的差异;浮游植物表层生物量平均值也从0.1031上升至0.1252mmol·m-3,更接近SeaWiFS观测。实验结果表明通过引入参数的空间分布来改进海洋生态系统的模拟是可行的。

海洋在亚洲夏季风对全球变暖响应中的作用(英文)

前人的模式研究表明全球变暖之后亚洲夏季风降水和环流的改变存在着一种自相矛盾的现象。本文利用最新的IPCC-AR4模式模拟资料和FOAM模式来研究亚洲夏季风对全球增暖的响应机制。大多数IPCC-AR4模式以及FOAM模式重现了亚洲夏季风降雨与环流变化的自相矛盾性。利用FOAM模式,本文通过系统改变海洋增暖信号来理解海洋变暖在季风响应中的作用机理。结果表明亚洲夏季风降雨和环流对全球变暖的不同响应主要是由于印度洋的变暖加强了中上层大气的变暖(从而降低了经向的热梯度)和水汽输送。全球增暖导致海陆温差的增大使得大气对流中心北移从而减弱了北印度洋的底层大气季风风速。这些敏感性实验还表明了太平洋的变暖增强了亚洲夏季风环流但减少了降雨量,从而削弱了印度洋增暖对亚洲夏季风的颖响。模式研究还表明了海洋的增暖能够增强亚洲夏季风自身的内在变率。

北太平洋副热带海洋环流气候变化研究

北太平洋副热带环流的变化在全球气候变化和热量的经向输送中占重要地位。本文对近 10年有关北太平洋副热带海洋环流气候变化的研究进行了综述。主要研究成果有 :用卫星高度计首次观测到全球海洋Rossby波的传播特征 ;确定了气候意义下北太平洋副热带逆流为 2支 ,揭示了其中一支与北太平洋模态水的存在有关 ,另一支是夏威夷群岛附近海洋 大气 陆地相互作用的结果 ;首次发现了台湾以东黑潮流量有显著的准 10 0天振荡等。本文还提出了在北太平洋副热带环流研究中目前存在的新科学问题。

南海多维海洋资料非线性检测

利用多维物理参量信息余量函数的非线性检测方法对南海水温、气温及风速 (侯采样间隔 )之间的非线性结构进行了定性和定量分析。结果表明 ,南海气温和风速之间具有明显的非线性 ;水温与风速之间不具有明显的非线性 ,仅具有琐碎非线性 ;水温与气温之间在定性方面具有非线性特征 ;水温、气温及风速组成的三维系统具有琐碎非线性。因而气温和风速之间的非线性结构使南海海气相互作用加强。另外 ,风速在南海海气非线性相互作用中起着重要作用。