台风右侧暖涡对台风“鲇鱼”的响应

基于多源观测数据,分析了台风右侧暖涡对2010年南海台风“鲇鱼”的响应,发现了意料之外的暖涡增强和海水下沉现象。台风“鲇鱼”过境期间,暖涡海面高度距平(SLA)最大值从30 cm增加至36 cm、半径从78 km增大至116 km、涡动能从166 m^(2)s^(2)增加至303 m^(2)s^(2)、振幅从3 cm增大至9 cm,台风右侧暖涡边缘的Argo站位处温跃层海水下沉20~40 m。为此,诊断分析了台风风应力旋度对暖涡的单独作用,结果显示暖涡及暖涡边缘的Argo站位处总体受正风应力旋度作用,正风应力旋度将使暖涡减弱、温跃层抬升,与观测到的暖涡增强和海水下沉结果不符。而基于实际海面流场的诊断分析表明,台风“鲇鱼”过境期间台风路径下方的海水辐散,路径右侧暖涡区域海水辐聚,暖涡SLA最大值、涡旋振幅均与辐聚强度呈正相关,Argo站位处海水下沉29 m,都与观测结果相符。个例分析研究表明,位于台风路径外围的中尺度涡对台风的响应不仅受风应力旋度的作用,还受海洋背景环境条件的调制,存在着需要深入研究的过程和机制。

希尔伯特-黄变换的端点延拓

希尔伯特-黄变换(HHT)是近年来发展起来的一种新的时间序列信号分析方法.该文在对HHT深入研究与充分肯定的基础上,发展了信号的镜像闭合延拓和包络的极值延拓两种方法.通过几个典型的例子检验了两种方法,并与Huang等(1998,1999)进行了比较,得到了令人满意的结果.镜像闭合延拓法根据信号端点的分布特性,把镜子放在具有对称性的极值位置,通过镜像法把镜内信号映射成一个周期性的信号,不存在端点,从根本上避免了经验模态分解和希尔伯特变换的端点问题.极值延拓法简单易行,具有与镜像闭合法相当的效果,在处理非对称波形信号时更显其优越性.

三维陆架海模式在渤海中的应用Ⅰ．潮流、风生环流及其相互作用

本文用三维陆架海模式（ＨＡＭＳＯＭ）对渤海的潮汐、潮流和风生环流进行了研究．潮波模拟结果较好，给出了主要分潮的潮位等振幅线和同潮时线、潮汐性质、潮流等振幅线和同潮时线、潮流椭圆、潮流性质和潮余流．指出在辽东半岛外海（老铁山水道北侧），存在一对潮生的气旋和反气旋的岬角旋涡对．渤海的风生环流具有显著的三维结构：中上层为基本沿风向的流动，而在水深较大处的中下层有明显的补偿流；风与潮的相互作用在渤海是显著的，表现为实际的风生环流在弱潮余流区域比单纯的风生环流要弱得多。

渤海冬夏季环流的数值研究

用三维陆架海模式（ＨＡＭＳＯＭ）对渤海的冬夏季环流进行了研究。指出：就垂向平均而言，渤海的冬夏季环流结构基本一致，且与垂向平均的潮余流相似。渤海环流（潮余流、冬季和夏季环流）有显著的三维结构：冬季，上层主要为风漂流，下层为补偿流；夏季，潮、风和密度对环流的贡献都较大，表现为复杂的三维结构。文章对渤海环流作了深入的探讨，并给出了渤海潮余流、冬季和夏季环流的流场结构。

黄河三角洲岸线变迁对莱州湾流场和对虾早期栖息地的影响

用高分辨率的三维陆架海模式对黄河三角洲岸线变迁前后渤海流场进行了数值模拟,探讨了环流对对虾卵子和幼体的输运作用.结果表明,三角洲岸线变迁只对黄河口附近环流,尤其是莱州湾流场有较大的影响,而对其他区域的环流影响很小.三角洲岸线变迁前,莱州湾主要呈一反气旋环流,水体从莱州湾的东部进入,在湾内呈顺时针方向运动,从湾的西北部流出.目前,受三角洲岸线外伸的影响,在黄河口出现一对显著的岬角旋涡对,东南部的流场与岸线变迁相反,为顺着岸流出湾外.这些环流主要是潮与局部地形相互作用所致.风和斜压作用会影响环流的强弱,但其分布格局相似.三角洲岸线变迁前,对虾的卵子和幼体受环流的输运,被带至莱州湾的西部近岸,与历史上的对虾早期栖息地相吻合.三角洲岸线变迁后,位于西北部的对虾的卵子和幼体被黄河口南部的岬角旋涡捕陷于流涡内,而位于东南部的对虾的卵子和幼体则被捕陷于刁龙嘴附近的流涡中,不利于对虾仔幼在莱州湾生长.研究结果从一个侧面说明了近年来莱州湾对虾早期栖息地逐渐消失的原因.

三维陆架海模式在渤海中的应用Ⅱ．温度的季节性变化

本文用三维斜压陆架海模式对渤海温度的季节性变化进行了研究。模式较好地再现了渤海温度场从混合到层化至再混合的季节性变化过程；在混合区与层化区之间有一冷水带；夏季，３个湾的湾顶和秦皇岛外海的海表层温度（ＳＳＴ）相对较高，后者与秦皇岛外海较弱的风和潮混合有关；ＳＳＴ、温跃层及潮锋位置的变化与气象外力和潮运动有关，具有天气尺度和大小潮变化的特征。

陆坡附近锋面的稳定性

本文用二维的半地转模式研究了陆坡附近锋面(坡折锋、西边界锋)的稳定性及不稳定机制。指出:锋面的稳定性与锋面结构有关,下层厚度的增加使得a_i(扰动生长率)减小。对坡折锋地形变陡a_i略有所增,这与Flagg和Beardsley的说法相反,扰动为斜压不稳定。对上层位涡均匀的西边界锋,其实际地形下的a_i只有平底时的1/7,扰动为正压不稳定,这与背景流场的强水平剪切有关。对于双曲正切结构锋,得到了与实际相一致的相速(～0.5m/s),扰动为斜压不稳定。圆顶结构锋的a_i及相速几乎不随波长而变,扰动为斜压不稳定。

浅水区锋面的流场结构

用一垂向二维的诊断模式,研究了浅水区锋面的流场结构。参照James模式并结合杭州湾具体情形来确定垂向涡动粘性系数,得到了与实测结果相一致的浅水区(杭州湾)锋面的流场结构。研究表明,在探讨浅水区锋面流场时必须选取合理的模式;而深水锋面流场结构对所采用的模式依赖性不大;锋面的流场结构不仅与锋面的强度有关,而且与锋面的结构有关。

影响长江口毗邻海域低氧区多种时间尺度变化的水文因素

对2006年6月、8月和10月与1999年8月在长江口向东至125°E、27°30′—33°30′N之间海域(统称长江口毗邻海域)开展的4次多学科综合海洋调查资料进行分析,了解长江口毗邻海域低氧现象的季节变化、年间变化及其与水团变化的关系。研究再次发现该海域存在长江口和浙江近海2处低氧水体、且2处低氧水体具有不同的季节演替和年际变化特征:长江口附近海域低氧水体的溶解氧浓度低、覆盖的面积大,低氧持续时间相对较短、溶解氧浓度的季节变化较大;浙江沿海低氧水体面积较小、溶解氧浓度的季节变化较小、但持续时间较长(6—10月份);2处水体低氧现象的年际变化均很显著。长江口毗邻海域的多种水动力因素及其相互作用导致了水团消长的季节和年际变化,并与该海域低氧现象的季节和年际变化具有较好的关联。季节性跃层的成长是近底层低氧形成的必要条件,而水团迁移和消长过程及其季节和年际变动是导致低氧区不同时间尺度变化的重要物理因素。针对2006年与1999年夏季长江口低氧区的显著变化给出观测证据,提出该时期内长江口的水团结构发生了变化,是导致低氧核心区的位置偏北的主要动力原因。2006年和1999年夏季长江口附近低氧水体的年际变化与同时期叶绿素高浓度区的位置变动是一致的,也为此期间水团消长情况提供了证据。

中国近海生态系统动力学研究进展

全球海洋生态系统动力学是全球变化和海洋可持续科学研究领域的重要内容,当今海洋科学最为活跃的国际前沿研究领域之一。以国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“东、黄海生态系统动力学与生物资源可持续利用(1999—2004)”的研究成果为主,介绍中国近海生态系统动力学研究进展及其发展趋势。

东海北部和黄海南部鳀鱼卵和仔稚幼鱼数量、分布及其与环境条件的关系

1999年夏季鳀鱼卵和仔稚幼鱼主要分布于黄海南部,122°00′～123°45′E、34°00′～35°15′N与122°15′E以西海域分别为鳀鱼卵与鳀鱼仔稚幼鱼的密集分布中心,其表层水温和盐度分别为25.5～26.9℃和27.11～31.81与26.4～27.0℃和31.31～32.05。鳀鱼卵和仔稚幼鱼分布的最适表层水温分别为25.5～26.4℃和25.9～27.0℃;全长为20mm以上的鳀鱼稚鱼已初步形成广盐性分布的习性,鳀鱼卵和仔稚幼鱼的分布对盐度的要求并不非常严格,水温是影响鱼卵和仔稚幼鱼分布的主要原因之一。鳀鱼卵和仔稚幼鱼的分布与叶绿素a的分布也有密切的关系,鳀鱼卵和仔稚幼鱼的密集分布中心正是叶绿素a的高值区。随着季节的变化,黄海南部鳀鱼产卵场由青岛外海逐渐向深水区转移。黄海南部鳀鱼活卵所占的比例为45.76％,胚胎发育状况良好。

1999年与2006年间夏季长江冲淡水变化动力因素的初步分析

根据径流量,1999年和2006年夏季的长江分别处于显著洪季和旱季。此期间的月平均风向也有显著区别。根据同期的海洋现场观测:相对1999年8月,2006年同期的长江口以东、以南毗邻水域表层盐度显著较高,而在长江口东北部海域则相对偏低;长江口附近海域的底层盐度有所偏高,但在浙江中南部沿海底层盐度则相对偏低。利用Regional Ocean Modelling Systems数值模式,对1999年和2006年实际的径流量、风场和黑潮及其分支变化等3个因素对长江冲淡水扩展的影响进行了一系列模拟试验和对比。对比试验表明:相对1999年8月,2006年夏季长江流量大幅度减小是长江口毗邻海域表层盐度升高的主要原因;风场是导致长江冲淡水相对偏北,并使长江口北部出现表层盐度负异常的主要因素;黑潮及其分支在东海北部入侵相对增强、在东海南部入侵相对减弱,使长江口南部表层盐度正异常海域扩大,并促使长江淡水向江口北部扩散增强、而向东部扩散减弱。长江口毗邻海域环流和水团的变化可能对夏季低氧区位置变化产生一定影响。

南黄海西北部夏季潮锋的观测和分析

根据2001—2004年逐年6月多学科综合调查资料和同期NASA的MODIS/Terra卫星遥感SST资料,对南黄海西北部夏季潮锋的不连续分布现象做了分析;并通过三维潮流数值模式计算Simpson-Hunter参数（以下简称S-H参数）分布,对不连续分布的形成机制做了讨论。层化季节南黄海西北部的苏北浅滩-海州湾外侧和山东半岛东部的成山头-石岛外海存在显著潮锋现象,而在两海域之间、青岛以东的山东半岛南部121°～122°E的近岸海域无显著潮锋持续存在;较高分辨率的潮流数值模拟的结果表明潮锋的不连续性分布主要是由潮混合和地形的共同作用而形成。潮锋不连续处海域潮混合较弱,层化现象更为显著。南黄海西北部底层锋形态较为显著,位于通过潮流模式计算的Simpson-Hunter参数1.8～2.4之间,与2.2等值线分布较为一致;表层锋则在海州湾外侧和石岛沿岸海域较为明显。潮锋不连续的分布特征对该海域的生态环境造成一定的影响,叶绿素a、中华哲水蚤、鳀鱼卵子等的数量分布都在潮锋显著的苏北浅滩-海州湾外侧和成山头-石岛外海海域形成较为密集的分布。

浙江近海潮汐潮流的数值模拟

用三维陆架海模式(HAMSOM)对浙江近海的潮汐、潮流进行了数值模拟,并采用网格嵌套和动边界技术对原模式作了改进,以提高计算的精度,改进后的模式在浙江近海的应用中被证明是成功的.沿岸50个潮位站计算与实测值的比较表明,加入动边界以后的小区域细网格计算较之粗网格以及未加动边界以前精度普遍提高,比较的均方差结果为:M2分潮振幅差4 6cm,相角差7 14°;S2分潮振幅差5 0cm,相角差5 4°;K1分潮振幅差2 25cm,相角差5 76°;O1分潮振幅差1 56cm,相角差5 5°,可见计算与实测符合良好.另外,选取了105个实测潮流点,比较了表层M2和K1分潮流调和常数分量Ucosξ,Usinξ,Vcosη,Vsinη的实测值与计算值的偏差,结果表明计算与实测的符合程度较好.在此基础上,给出了各主要分潮的潮位同潮图、潮流同潮图、潮汐性质、潮流性质、潮流椭圆和潮流的运动形式等,发现4个主要分潮M2,S2,K1,O1在本区内均未出现无潮点;M2分潮流在29°18′N,122°46′E处有一个圆流点.此外还得到了一些有意义的结论,都与实测情况符合良好,从而对整个浙江沿海区域的潮汐潮流特性有了一个全面认识.

东海黑潮的气候态数值模拟

为了掌握黑潮的大范围流动结构以及它对气候的影响,利用三维原始方程模式MITgcm计算了西北太平洋海区的多年平均流态.模式结果在东海黑潮的路径、流速、流量等方面与多年来对黑潮的认识相一致.模式结果表明黑潮的体积输运春夏季较大、秋季最小,在东海PN断面黑潮体积输运年平均为29.7×106m3/s;黑潮对东中国海的热输送春季最大、秋季最小,年平均为0.058×1015W.这一量值与东中国海区海面热通量的总和具有相同的数量级.黑潮对东中国海区水温变化具有加速春季增温和减缓秋季降温的作用.

黄海冷水团的环流结构

运用定性分析和数值模拟，对黄海冷水团的环流结构进行了探讨，结果表明黄海冷水团的垂向环流结构为双环结构：跃层以上区为中心上升，边缘下降的弱环流;跃层以下区为中心下降，边缘上升的强环流；在冷水团的中心区域，流动很弱，且无穿越温跃层的垂向流动。同时也对以往有关黄海冷水团垂向环流结构的工作进行了讨论。

南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征

以2008年冬季在浙江近海南麂岛附近投放的4个底锚系观测的水位和流速资料为依据,分析了潮汐和潮流特征。水位谱分析结果显示半日分潮最显著,全日分潮其次;近岸的浅水分潮比离岸大。水位调和分析结果表明:潮汐类型均为正规半日潮,近岸处的平均潮差大于3m,最大可能潮差大于6m,潮汐呈现出显著的低潮日不等和回归潮特征。流速谱分析结果显示半日分潮流最强,全日分潮流其次,且比半日分潮流小得多;近岸浅水分潮流比远离岸显著。流速调和分析结果表明:潮流类型均为正规半日潮流,靠近岸的两个站浅水分潮流较显著;最显著的半日分潮流是M2分潮流,其最大流速介于0.32～0.48m/s之间,全日分潮流均很弱,最大流速小于0.06m/s。M2分潮流均为逆时针旋转,椭圆率越靠近海底越大;最大分潮流流速分布为中上层最大、表层略小、底层最小;最大分潮流流速方向的垂向变化很小,底层比表层略为偏左;最大分潮流流速到达时间随深度的加深而提前,底层比中上层约提前30min。潮流椭圆的垂向分布显示这里的半日分潮流以正压潮流为主;日分潮流则表现出很强的斜压性。

应用SVD分解简化卡尔曼增益计算的理论研究

在总结前人关于卡尔曼滤波简化的基础上,提出了一种新的简化方法,即利用矩阵的奇异值将数据矩阵进行SVD分解,从而得到能够描述原状态向量的新的较少维数向量的有效秩,根据该有效秩,不仅可以得到和前人相一致的简化表达形式,而且可以得到舍去部分的表达公式.经过和HAMSOM模式结合,利用渤海区域的SST进行同化实验验证,证明SVD分解简化可行.推求得到的附加的舍去误差公式为定性的讨论舍去部分的影响提供了理论基础.

渤黄东海混合层化演变规律的研究进展

较详细地综述了渤黄东海混合层化演变过程与规律的研究进展情况。主要包括:混合和层化过程的分布规律与季节变化特性,采用水温垂直剖面自相关函数的半经验预报模式,动力学和热力学的数值预报模式。