青海湖温跃层特征及其影响因素研究

2021年6月、8月、9月在青海湖布设监测垂线,连续垂向监测水深和水温,计算青海湖热力分层参数,分析青海湖温跃层时空变化特征及主要影响因素。结果表明:青海湖水体水温时空分布存在明显差异,垂直剖面平均水温8月>9月>6月,垂向温差8月最大;水体垂直剖面均出现明显的温跃层,近岸浅水区无分层现象,水温垂直方向呈现正温分布;温跃层深度从6月到9月逐渐增大,8月温跃层厚度最大,强度最高,9月温跃层厚度变薄,强度变小;监测期间温跃层深度与透明度呈正相关(r=0.801),与表层水温为负相关关系(r=-0.162),透明度和表层水温是影响湖泊温跃层的重要因素。

温跃层边界提取的组合算法

常用的几种温跃层边界提取方法的适用性有限。为进一步提高温跃层边界提取方法的适用性,该文提出一种用于海洋温跃层边界提取的组合算法,该算法基于调整判定阈值后的垂直梯度法和一种改进函数模型几何形态后的拟阶梯函数逼近法。为验证该算法对于温跃层边界提取的适用性、客观性,利用中国Argo实时资料中心发布的全球海洋Argo网格资料集(BOA_Argo),选取2018年夏季0◦∼30◦N、135◦E∼165◦E所在的太平洋区域的温度剖面数据进行处理。结果表明,该算法对低纬度海区温度剖面拟合质量较好,拟合均方根误差普遍低于1.3◦C,而且提取到的温跃层上下边界在纬向更平缓,然而对于中高纬度海区的温度剖面,组合算法处理效果不佳,直接通过垂直梯度法进行温跃层边界提取效果更好。

Q345钢在模拟海洋温跃层环境下的电偶腐蚀行为研究

为研究Q345钢在海洋温跃层环境下的电偶腐蚀行为,利用自制的模拟海洋温跃层装置和可拆卸阵列电极,各可拆卸电极之间通过盐桥连接,采用浸泡法和电化学方法,对海洋跃温层环境下Q345材料的腐蚀形貌和腐蚀产物进行分析。结果表明:在实验初期,利用电化学噪声技术测得的链式电极电偶电流表现为两端为正值、中间为负值的特征,说明链式电极之间形成了两端为阳极、中间为阴极的宏观腐蚀电池。随着浸泡时间的延长,链式电极之间的电偶电流密度变化较大,最大差值达到1.71μA/cm^(2),且电极极性发生反转。从金属的腐蚀速率可以得出链式电极顶部和底部的平均腐蚀速率明显高于中部的,这与电偶电流密度的变化规律具有良好的一致性。通过腐蚀产物形貌和XRD分析发现,链式电极顶部和底部表面腐蚀产物覆盖较厚,结构疏松且出现分层,且腐蚀产物中Fe_(3)O_(4)和γ-FeOOH的相对含量较高,而中部的腐蚀产物覆盖较少且致密,锈层中α-FeOOH的相对含量较高,γ-FeOOH的相对含量较低。

反向传播神经网络的太平洋海域温跃层反演

温跃层是反映海洋温度场的重要指标。针对太平洋中东部海域复杂多变的水文情况以及传统温跃层分析模式的局限性,该文基于BOA_Argo历史网格,通过BP神经网络,建立温度剖面的经验正交系数与海面遥感数据、少量深度处海水温度之间的非线性映射关系,实现海洋垂向温度剖面的实时反演,最后利用垂向梯度法获得海洋温跃层的相关参数。实验结果表明,相比于传统方法,该方法反演得到的跃层深度与测量值更加吻合,其中上层深度平均反演误差从10.3 m下降到5.7 m,下层深度平均反演误差从16.8 m下降到8.8 m。

南黄海西部2007年4月的逆温跃层

利用南黄海西部2007-04的温盐实测资料,采用海洋层结谱表达法及自适应识别,得到逆温跃层的"五点三要素",形成强度要素平面分布图。分析表明,逆温跃层的存在与黄海暖流水有直接的关系:1)4月份,黄海暖流水受到的海面冷却仍是产生逆温跃层的普遍原因,在该海区黄海暖流向北延伸和向两侧拓展的区域都有该种类型的逆温跃层存在,位置相对较浅;2)但在偏南的黄海暖流主干区,海面冷却产生的效应被主流区的热量补充所抵消,逆温跃层很弱甚至消失,这是该月份逆温跃层分布区向北退缩并在南部中心附近呈现缺失区的主要原因;3)南下的鲁北沿岸流水的冷水叠加在黄海暖流水的暖水上方,使逆温跃层加强,使得冷暖水的作用区成为强逆温跃层区;4)黄海暖流左侧冷沿岸流水及右侧冷水的前端向黄海暖流楔入,其前端往往覆盖在底层高温高盐的黄海暖流水上方形成下逆温跃层,从而形成双逆温跃层。这些特点,较以前认知更加客观、全面、细致和准确。

分层湖库温跃层溶解氧极值现象研究进展

分层湖库温跃层溶解氧(DO)极值现象包括温跃层DO极小(metalimnetic oxygen minimum,MOM)和温跃层DO极大(metalimnetic oxygen maximum)两类.本文通过系统调研国内外文献,详细梳理了两类极值现象的研究历程、形成原因、研究方法,及其对生态环境造成的影响,比较分析了两类极值现象的异同.结果表明:①成因方面.MOM的主要成因为浮游生物呼吸耗氧、有机物分解耗氧、边坡沉积物耗氧、DO垂向输移等自然因素,以及温跃层或温跃层下部取水、混合层或滞温层人工增氧等人为因素;温跃层DO极大现象的主要成因为浮游植物的生物作用.②研究方法方面.两类现象的研究方法主要为试验方法和模型方法.③对生态环境的影响方面.MOM会降低捕食者的捕食效率、阻碍水生生物垂向迁移、改变温室气体的垂向分布和释放过程等;温跃层DO极大现象会导致鱼类等水生动物患气泡病甚至死亡.基于当前研究进展,认为未来研究方法上应强化三维水动力-生物地球化学耦合数学模型的应用,研究内容上应进一步从多维度(垂向和水平)研究分层湖库DO的动力学过程,探究气候变化、极端天气、复合型极端气候事件对DO分层结构变化的影响.

黄、东海陆架海域温度垂直结构类型划分与温跃层分析

基于黄、东海陆架海域1997—1999年4个季节调查的CTD资料,采用拟阶梯函数逼近法对温度垂直剖面拟合逼近,然后按拟合均方差和跃层强度对黄、东海陆架区的温度垂直结构进行类型划分,共划分为6个类型:三层结构型(T型)、主跃层上位型(U型)、主跃层下位型(L型)、多阶梯状结构型(M型)、异常结构型(A型)和垂直均匀型(H型)。分析结果表明:温度垂直结构类型在黄海区域为:春季呈L型;夏季呈U型;秋季呈T型;冬季呈H型。东海北部春季基本呈T型;夏季西部呈T型,东部呈U型;秋、冬季演变为H型;东海南部春、夏季主要呈L型;秋、冬季除近岸出现逆温类型外,大部分区域呈H型。利用风和潮的混合卷挟模式阐述了各种温度垂直结构的形成机制,最后给出了黄、东海陆架海域的主温跃层特征值的区域分布和季节变化。

陆架海区温跃层特征量的一种计算方法——拟阶梯函数逼近法

在中国陆架海区调查获得的CTD资料表明,陆架区的水文要素垂直结构大都可以理想化为三层垂直结构模式:上均匀层、跃层和下均匀层。提出了一种用3条线段构成的拟阶梯函数拟合水文要素垂直剖面的方法,利用最小二乘法求出2个拐点的位置,即温跃层的上界和下界,取2个拐点的联线的斜率作为温跃层强度。对陆架海区各种不同的温度要素垂直结构形态整理归纳,分为正跃层、逆跃层、单方向多跃层和正逆跃层混合4种类型。各种类型均可按照一个或多个拟阶梯函数进行最小二乘拟合来获得温跃层的特征量。

大亚湾温跃层形成及其对有关环境要素的影响

温跃层是海洋环境中的一种重要物理现象,对海洋的环境生态系统有着重要的影响。大亚湾温跃层是受粤东上升流和夏季表层海水升温双重作用而形成的。通过对大亚湾海域水温、盐度、溶解氧等众多环境要素的长期调查取样分析显示,该海域温跃层是季节性温跃层,一般发生在每年的5—10月份,6月下旬到9月中旬分层现象比较显著,盐跃层和氧跃层会相伴发生。受核电站热排水的影响,湾西侧尤其是核电站前海域的温跃层较其它区域明显和持久。数据显示在温跃层发生期内,由于海水的分层效应,温度、盐度、pH值、DO、BOD5和COD、营养盐及叶绿素等都受到不同程度的影响,形成明显的表底层差异或层次梯度。

一个分层水库温跃层的模拟与验证

以西安金盆水库为例,建立了分层水库水温结构的数值模拟方法,并以实测数据进行模型验证.运用Fluent软件数值研究了不同短波辐射强度及短波辐射衰减系数条件下温跃层的形成过程与特性.水库水面总传热量在春、夏季为正值,在秋、冬季为负值,长波辐射是水面总传热量的主要影响因素,短波辐射则是温跃层形成的主要影响因素.随短波辐射衰减系数的降低,温跃层厚度增加,温跃层内温度梯度减小,短波辐射衰减系数值与实测的藻类浓度存在良好的正相关性.水库具有极限短波辐射强度,温跃层内温差随水面短波辐射强度的增加呈现先增加后减小的变化趋势;但水面短波辐射强度过高时,难以达到热平衡而形成稳定的温跃层.

热带印度洋黄鳍金枪鱼渔场时空分布与温跃层的关系

根据Argo浮标剖面温度数据重构热带印度洋各月月平均温跃层特征参数,并结合印度洋金枪鱼委员会(IOTC)黄鳍金枪鱼延绳钓数据,绘制了月平均温跃层特征参数和月平均CPUE的空间叠加图,用于分析热带印度洋黄鳍金枪鱼渔场时空分布和温跃层特征参数的关系。结果表明:热带印度洋温跃层上界深度、温度和下界深度,以及黄鳍金枪鱼中心渔场分布都具有明显的季节性变化特征,黄鳍金枪鱼中心渔场分布和温跃层季节性变化有关。在东北季风期间,高值CPUE渔区的温跃层上界深度的范围为30—40m,超过70m的渔区CPUE值普遍偏低;在西南季风期间温跃层上界最深达到120m。在东北季风期间,高值CPUE渔区温跃层下界深度不超过200m,在西南季风期间,深度会超过300m。在东北季风期间,高值CPUE渔区对应的温跃层上界温度都超过25℃,温度小于24℃的渔区CPUE值普遍较低;在西南季风期间,高值CUPE区域对应的温跃层上界温度范围变大,温跃层上界温度延伸到22℃,在22℃以下渔区CPUE值都很低。采用频次分析和经验累积分布函数计算其最适温跃层特征参数分布,得出黄鳍金枪鱼最适的温跃层上、下界温度范围分别是25—29℃和13—16℃;其上、下界深度范围分别为30—70m和140—200m。K-S检验结果表明,上述结论可靠。

南海深水海盆环流和温跃层深度的季节变化

受南海季风和复杂地形的影响,南海环流场具有复杂的空间结构和明显的季节变化,同时此海域又是中尺度涡多发海域,这些特征必然对南海温跃层深度的水平分布及季节变化有显著影响。首先,基于GDEM(General-ized Digital Environmental Model)的温、盐资料和利用P矢量方法计算并分析了南海的表层环流和多涡结构的空间分布特征和季节变化规律。在此基础上,分析了南海温跃层深度的空间分布特征和季节变化规律。结果表明,南海环流和多涡结构对南海温跃层具有显著的影响。

典型浅海温跃层内波对声场起伏的影响

本文描述了在夏季典型海区，温跃层内波起伏和不同距离声振幅起伏的实验测量结果。温度起伏记录时间48．96h，温跃层厚度约2－4m，温差达10-15℃。等温线内波垂直位移有5－6m，且主要受最低阶模式支配。测量获得的内波垂直空间频谱特性中，除潮周期占主要成分外，0．05-0．143cpm（7－20min）之间有明显的谱峰，谱衰减系数在－1．5-－1．7之间。数值计算表明内波相、群速度在低频段完全相同，均为0．329m／s；随频率增加，相、群速度从约0．03cpm（33．33min）开始分离，且群速度值下降更快。在不同距离接收点，声振幅信号起伏有8-10dB；随距离增加，起伏有加快的趋势，并伴有信号衰落现象。谱衰减系数在－1，45-－2之间。最后，用PE算法，模拟计算在内波起主导作用下的声振幅起伏。

南海温跃层基本特征及一维预报模式

根据现有1907—1990年南海大面调查资料,按1°×1°网格进行逐月的标准水层的温度统计。在此基础上采用3次样条函数的插值方法计算出整个南海温跃层的深度、厚度和强度并予以相应分析。分析表明,南海温跃层主要分为两种类型:第一类为辐射型,主要分布在南海北部的陆架区内,季节变化显著;第二类为不同水体叠置型,主要分布在广大深水区,它长年存在,季节变化较小。一种温跃层的一维积分预报模式,该模式是基于忽略热平流作用和水平热扩散的前提下,从局部热平衡方程出发,建立了受海面热收支及风混合作用下求解温度垂直分布及温跃层的时空变化。在南海北部水深约300m处进行了单站温跃层后报,结果表明,温跃层的深度、厚度和强度的相对误差均在30％以下。

热带印度洋大眼金枪鱼渔场时空分布与温跃层关系

为了解印度洋大眼金枪鱼（Thunnus obesus）温跃层参数适宜分布区间及季节变化,采用Argo浮标剖面温度数据重构热带印度洋各月平均温跃层特征参数,并结合印度洋金枪鱼委员会（IOTC）大眼金枪鱼延绳钓渔业数据,本文绘制了月平均温跃层特征参数和月平均CPUE的空间叠加图,用于分析热带印度洋大眼金枪鱼渔场CPUE时空分布和温跃层特征参数的关系。结果表明,热带印度洋温跃层上界深度、温度和下界深度都具有明显的季节性变化,大眼金枪鱼中心渔场分布和温跃层季节性变化有关。夏季季风期间,高CPUE渔区温跃层上界深度在30~50 m,浅于冬季的50~70 m;温跃层上界温度范围为24~30℃。在冬季季风期间,高CPUE区域对应的温跃层上界温度范围为27~30℃;从马达加斯加岛北部沿非洲大陆至索马里附近海域,温跃层下界深度在170~200 m时的渔区CPUE普遍较高;当深度超过300 m时,CPUE值均非常低。采用频次分析和经验累积分布函数计算其最适温跃层特征参数分布,得出大眼金枪鱼最适温跃层的上界、下界温度范围分别是26~29℃和13~15℃;其上界、下界深度范围分别是30~60 m和140~170 m。文章初步得出印度洋大眼金枪鱼中心渔场温跃层各特征参数的适宜分布区间及季节变化特征,为金枪鱼实际生产作业和资源管理提供理论参考。

印度洋公海温跃层与黄鳍金枪鱼和大眼金枪鱼渔获率的关系

2005年9月15日-12月12日,金枪鱼延绳钓渔船"华远渔18、19号"对印度洋公海进行了金枪鱼渔业调查。利用多功能水质仪(XR-620)、温盐深仪(CTD SBE37SM)和微型温度深度计(TDR-2050)等获取海洋环境数据,得出作业海域的温跃层深度和强度,结合每天作业时记录的渔获数据,分别计算黄鳍金枪鱼和大眼金枪鱼在温跃层内和深水层的渔获率,研究温跃层与黄鳍金枪鱼和大眼金枪鱼渔获率之间的关系。结果表明:(1)2艘船分别有60.9%和60.0%的作业天数中,温跃层内黄鳍金枪鱼渔获率较高,"华远渔18号"船在温跃层内和温跃层以下的平均渔获率分别为18.22尾每千钩和6.04尾每千钩,"华远渔19号"船温跃层内和温跃层以下平均渔获率分别为2.22尾每千钩和1.31尾每千钩。通过t-检验成对双样本均值分析,温跃层以内和温跃层以下黄鳍金枪鱼总平均渔获率有显著性差异(P=0.02<0.05),温跃层以内比温跃层以下的渔获率明显要高;(2)2艘船分别有69.6%和100%的作业天数中,温跃层以下水深大眼金枪鱼渔获率较高,"华远渔18号"温跃层以内和温跃层以下平均渔获率分别为4.18尾每千钩和4.88尾每千钩。"华远渔19号"温跃层以内和温跃层以下平均渔获率分别为0.10尾每千钩和2.57尾每千钩。大眼金枪鱼渔获率在温跃层以下水深较高。通过t-检验成对双样本均值分析,温跃层以内和温跃层以下大眼金枪鱼总平均渔获率无显著性差异(P=0.07>0.05),但对"华远渔19号"船的渔获率数据经t-检验发现大眼金枪鱼在温跃层以内和温跃层以下的渔获率有显著性差异(P=0.00<0.05)。

垂直梯度法与最优分割法确定温跃层边界的比较分析

垂直梯度法是跃层示性特征计算中普遍使用的方法,但在某些情况下并不能很好地描述海洋要素的跃变特征。针对垂直梯度法的不足,引入水团分析中的最优分割法,对典型剖面,以及边界型、逆变型、多层型等几类特殊剖面的跃层边界分别进行了计算,并对垂直梯度法与垂直梯度法的计算结果进行了比较分析,结果表明最优分割法确定的跃层边界更为合理。通过对两种方法确定的中国近海温跃层的整体分布进行比较分析,证明了最优分割法能够弥补垂直梯度法在计算深海与浅海过渡区中的跃层时遇到的标准不匹配问题,较好地保持跃层的连续性。

基于Argo网格产品资料的台湾以东海域海温场结构与温跃层特征分析

基于2005 年1 月~2009 年12 月中国Argo 实时数据中心发布的Argo 网格化产品, 对台湾以东海域的表层和深层海温进行了分析, 证实了日本南部海域存在北太平洋副热带模态水, 提出暖水团概念, 分析了其成因和垂直结构, 并利用SODA（Simple Ocean Data Assimilation）数据和WOA09（World Ocean Atlas 2005）数据对暖水团进行验证.揭示出台湾以东海域各层次温度大面分布大体呈3 个模态特征, 并依此将台湾以东海域分为热带、副热带和温带三个海区; 对各海域截取断面图, 对其温跃层进行分析, 归纳出永久性温跃层和季节性温跃层在垂直方向上的分布和季节性变化, 并对其成因进行了讨论.

1998年5-6月南海上混合层、温跃层不同定义的比较

本文根据混合层和温跃层的两种不同定义，对1998年南海南北部和西太平洋混合层和 温跃层的定点观测资料进行了计算和分析，比较了不同定义确定的混合层，温跃层的共同点 和差异。在此基础上，得出南海和西太平洋的障碍层厚度。

渤、黄海强温跃层数值预报模式

对前人关于水温垂直结构计算、模拟和预报研究成果进行了评价，并在此基础上建立了考虑海面吸收辐射和透射辐射、地形、风、海流、界面摩擦及其引起的混合作用的强温跃层三维数值预报模式。该模式行动的驱动量仅为风和气温场资料，因而具有较好的实用性；此外，从试报的结果看，效果是令人满意的。