东海区域海洋学调查研究回顾

由于近几十年来日益增强的人类活动影响,近海海洋环境较过去发生了巨大变化;科学认知近海海洋环境特征、变化和控制因素对于应对全球变化具有重要意义,是当前海洋学关注的重要议题。东海作为中国重要的海洋区域之一,存在独特的环流系统,孕育了大河口、上升流和黑潮三个代表性的生态系统,其海洋科学研究对于我国的海洋资源开发、环境保护和国家安全具有重要意义。本文通过对东海区域海洋学研究的现状进行综述,围绕海洋生物地球化学这一主线,重点总结了物理海洋学、海洋化学、海洋地质学和生物海洋学的相关研究进展,分析了目前存在的问题,并展望了未来的发展方向。研究表明,东海区域海洋环境受到人类活动和气候变化的深刻影响,呈现新的变化格局;长江径流输入、黑潮北上及其入侵陆架是东海三大生态系统格局形成的主要驱动力。除主要的环流结构外,穿刺锋面和跨陆架海流是连接东海内陆架和外陆架水体的主要动力过程,并促进了碳等重要生源物质的跨陆架输送。相关研究在海洋生态环境、应对气候变化、海洋灾害等方面取得了一定的成果,但仍面临着数据不足、研究领域不够广泛等挑战。东海海洋环境在时间和空间上变化均较大,且存在近岸富营养化、大河口低氧现象等主要环境问题,因此有必要加强东海区域海洋学的研究。未来,应鼓励自由探索研究,加强国内、国际合作,提高数据共享和技术创新能力,推动东海海洋研究迈向更高水平。

吕宋海峡两侧中尺度涡统计

利用1993—2000年间的T／P卫星高度计轨道资料的时间序列和MODAS同化产品中的卫星高度计最优插值资料对南海东北部海区中尺度涡旋进行动态追踪。按照给定的标准从2种资料中提取了涡旋信息并对其特征量进行统计分析。结果表明，南海东北部海区中尺度涡旋十分活跃，平均每年6个，其中暖涡4个，尺度一般为200～250km，平均地转流速为44cm／s；冷涡每年平均2个，尺度一般为150～200km，平均地转流速为-37cm／s。吕宋海峡两侧涡旋的比较分析表明，南海东北部海区仍属于西北太平洋副热带海区的涡旋带，冷、暧涡旋处于不断的形成一西移一消散过程中。南海东北部中尺度冷涡大多是南海内部产生的，而暖涡与吕宋海峡外侧暖涡有一定的联系又具有相对的独立性。分析认为西北太平洋的西行暖涡在到达吕宋海峡时，受到黑潮东翼东向下倾的等密度面的抑制和岛链的阻碍，涡旋停滞于吕宋海峡外侧并逐渐消弱，被阻挡于吕宋海峡东侧涡旋释放的能量，形成一支横穿吕宋海峡（同时横穿过黑潮）的高速急流，把能量传递给吕宋海峡西侧的涡旋，使其得到强化。这是吕宋海峡两侧涡旋联系的一种重要机制。

入侵南海的黑潮流套及其脱落涡旋

将2003年、2004年和2005年秋、冬季在吕宋海峡投放的卫星跟踪漂流浮标(Argos)资料用于分析黑潮通过吕宋海峡时的流型。结果表明,秋、冬季黑潮表层流存在3种类型:北向型、西向型和流套-涡旋型,后两种入侵南海。统计分析指出吕宋海峡表层流进入流套-涡旋型路径的概率为0.23,黑潮流套的纬向尺度最大达210km,仅发生在恒春海脊西侧的台湾岛西南海域。黑潮流套仅是黑潮流分离的一部分,而非黑潮整体蛇形入侵南海,这与墨西哥湾的蛇形流不一样。在流套内西向流速大于东向流速,这可能是流套西向发展的原因之一,黑潮流套常可演变成脱落涡旋,也可能就地消亡。脱落涡旋以约10cm/s速度西移。

利用卫星高度计资料对台湾海峡流量变化的诊断分析

利用AVISO的MSLA海面高度距平资料和NCEP风场资料,应用张庆华等导出的渠道流的解,诊断计算了1993—2001年台湾海峡流量及其变化。结果表明,台湾海峡的年平均流量为 1.27 Sv,夏季最大,平均为 2.27Sv;秋季最小,平均为0.46 Sv,季节变化明显。分析认为,台湾海峡流量变化的决定性因素是台湾海峡南北方向海平面倾斜。局地风的驱动是次要因素,它所产生的流量变化具有显著的规律性,基本为南向流。

汇泉湾水动力环境观测和数值模拟研究

汇泉湾是青岛市最主要的海水浴场,湾区浴场的沙滩沙质退化及细沙流失现象一直备受关注。本研究旨在研究上述现象的成因,为汇泉湾生态环境保护和可持续发展提供科技支持。我们于2015年1月和9月在汇泉湾进行了水文、泥沙和悬浮物的综合观测,并基于FVCOM建立了汇泉湾高分辨率的水动力模式,模拟了汇泉湾及其临近海域的水动力环境。结果显示:汇泉湾常年存在一顺时针(即反气旋)环流,它有利于携带泥沙从湾的西侧进入而从东侧流出;环流中心区流速弱,泥沙不容易被带走,沉积物粒径较小。汇泉湾海域沙滩沙质粗化且流失的原因主要为:波致流引起的沿岸输沙将湾口西侧岩石剥蚀的较粗的细砂和粉砂搬运至浴场沙滩,而较细的泥沙容易地从东侧流出湾区。

黄海冷水团演变过程及其与邻近水团关系的分析

黄海冷水团是出现在黄海的一种独特的水文现象.文中利用覆盖整个黄海的GDEM三维水温资料,结合近期一些大型调查所获得的有关观测研究结果,首先较系统地分析了黄海冷水团的形成和演变过程,并对冷水团3个冷中心的季节演变提出了一些与前不同的认识.同时,通过对黄海冷水团形成、发展和消亡与该海域温跃层演变关系的分析,进一步揭示了黄海冷水团演变的机理.然后,探讨了黄海冷水团演变过程中与青岛和仁川东南海域冷水团以及东海北部底层冷水的关系.分析表明,在黄海冷水团发展的鼎盛时期,青岛冷水团和仁川东南海域冷水团以及东海北部底层冷水皆包络其中.

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。

乳山湾口及其邻近海域溶解氧分布特征及影响因素研究

1引言 海水中溶解氧的含量和变化是海洋物理、化学、生物等过程相互作用的结果,水体中溶解氧水平是反映生物生长状况和污染程度的重要参数。由于人类活动的加剧,致使进入海岸和河口地区的营养盐及其他污染物总量剧增,这极大地促进了相关海域的初级生产力水平,也造成了近岸及河口水域底层的低氧现象,即所谓的底层低溶解氧区。

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。

渤、黄、东海海表面温度年际变化特征分析

将渤、黄、东海海表面温度作为一个整体场,研究其年际变化特征,并进一步探讨其与东亚季风场年际变化特征的关系。利用美国NOAA极轨卫星中的高级甚高分辨率辐射计(AVHRR)反演的海表面温度资料,采用EOF方法分冬夏两季对渤、黄、东海SST的年际变化做了初步分析,发现渤、黄、东海SST存在显著的年际变化周期,冬季存在5 a的显著变化周期,夏季存在4 a的显著变化周期,并研究了东亚季风场的年际变化对SST变化产生的影响,发现冬季El Nio年东亚寒潮活动弱于La Nia年,El Nio年SST较La Nia年偏高;夏季El Nio年东亚夏季风活动弱于La Nia年,El Nio年SST较La Nia年偏低,但是趋势不如冬季明显。

冬季黄海暖流区的空间变化和年际变化特征

利用了多年连续的冬季水文调查数据,以黄海暖水舌作为黄海暖流的示性指标,采用经验函数正交分解及相关分析的方法,探讨了黄海暖流的年际变化特征,结果表明:1)黄海暖流的强弱存在4～7a的年际变化周期,并与冬季局地季风的经向分量具有较好的相关关系;2)黄海暖流的流轴存在一个3～6a的变化周期,而且其流轴的摆动明显受冬季季风纬向分量的影响;3)季风增强,黄海暖流增强且流轴西移。

乳山湾邻近海域低氧现象及成因浅析

根据2009-06-2009-09及2010-05-2010-06在乳山湾及其毗邻海域的综合调查,分析了该海域溶解氧的变化,初步探讨了影响溶解氧变化及底层低氧形成的原因。结果表明,夏季乳山湾邻近海域存在季节性低溶解氧区,溶解氧在6,7月份相对较高,而在8,9月份相对较低,最低值出现在8月份,为3.21mg/L(饱和度为35.5%),表观耗氧量为5.82mg/L。乳山湾外邻近水域溶解氧略高于湾口和湾内。底层溶解氧水平受到潮汐的影响,具有较大的周日波动性,变化范围介于3.74～8.26mg/L;在落潮时质量浓度降低而在涨潮时质量浓度升高。在这一区域存在较为强烈的温、盐跃层,从而限制了表、底层溶解氧的交换,而COD质量浓度的升高为这一区域的耗氧过程提供了一定的物质基础。潮汐、黄海冷水团的顶托作用、有机物质在底层水域的氧化作用以及底泥耗氧过程导致底层溶解氧的亏损。

船载ADCP测量误差的因素分析和校正方法

系统归纳和分析了引起船载ADCP测量误差的主要因素和校正方法。结合实际经验对ADCP资料后处理中的难点问题提出了解决方案,并且取得了良好的结果。

南黄海春季水温分布特征的分析

利用美国海军的空间分辩率为10 ′×10 ′月平均的GDEM三维水温资料,研究了南黄海春季水温的分布特征及其演变过程.分析结果较清晰地显示了春季南黄海的水温分布如何从冬季的垂直均匀型过渡到夏季的层化结构.分析还表明:春季南黄海水温的水平和垂直结构皆比冬季更为复杂,并出现若干个较特殊的水文现象,例如,在34 °40 ′～36 °20 ′N的南黄海西侧出现了'青岛冷水团',而在35 °30 ′～37 °20 ′N的南黄海东侧,初次发现存在着一个类似性质的冷水团,称其为'仁川外海冷水团'.此外,在冷水团的邻近海域还存在着中层冷水.

南黄海海面大气长波辐射计算方法的比较

利用了"中国近海海洋综合调查与评价"项目在南黄海区获得的海-气通量观测资料,对一些常用的计算海面大气长波辐射通量的经验公式进行了比较。结果表明,采用Clark和Josey各自提出的经验公式所得的计算结果与实测结果具有较好的一致性;而利用Bignami和Bunker提出的经验公式计算的海面大气长波辐射通量值与实测资料则存在着较大的误差。出现差别的原因可能与不同经验公式所选参数密切相关。

苏北沿岸水的去向与淡水来源估算

本文基于2006—2007年春、夏、秋、冬季CTD观测的盐度资料分析了苏北沿岸水盐度的季节变化特征,并利用冬、夏季盐度场变化估算了苏北沿岸水的淡水来源。结果表明:冬季苏北沿岸水在东北季风的驱动下顺岸南下,在离开苏北浅滩后转向东南进入东海;夏季低盐的苏北沿岸水分多支向北、向东流出沿岸区,后者汇入南黄海夏季冷水团环流中。估算结果表明苏北沿岸水的淡水来源主要是苏北沿岸的入海径流水,约占总量的65%,次之是降水/蒸发量通量和长江冲淡水沿江苏沿岸的北向扩展。

渤海南部沿岸水运移及渤黄海水体交换的季节变化

针对渤海及附近海区的曲折岸线变化以及水文资料时空分布不均匀性的特点,使用四维客观分析LOESS方法得到逐月气候态盐度场。结果表明:渤海南部沿岸水扩展和运移受季风影响显著。冬季沿岸水向渤海湾和莱州湾堆积,形成沿山东半岛龙口海岸东向爬行的水舌,该水舌在蓬莱水域向东扩展;夏季沿岸水向渤海中部冲溢,特别是在黄河口附近,其核心区厚度可达8 m,可扩展到119°30′E处,同时莱州湾内的沿岸水向湾内西部收缩。冬季渤海海峡呈现显著"北进南出"水交换态势;夏季渤海海峡定常流方式的水交换特征不明显。

冬季黄海暖流的诊断计算

采用ECOMSED三维水动力模式,诊断计算了冬季渤海、黄海和东海的近海环流状况,重点分析了黄海暖流的演变过程及其垂直结构,并探讨了黄海暖流的形成机理.结果表明,黄海暖流于12月初步形成,次年2月发展最强盛,3月开始衰退.黄海暖流在表层和次表层(0～30 m)并不是一支持续稳定的流,其持续稳定性仅在近底层得到很好的体现.对黄海暖流形成机理的分析表明,压强梯度力、垂向摩擦力和柯氏力占主要地位.在表层及次表层,主要表现为风的正压作用,而在近底层,则由海平面起伏造成的正压梯度力和密度场引起的斜压梯度力形成的总压强梯度力与柯氏力基本平衡,因而黄海暖流可基本认为是准地转流.

热带印度洋偶极子事件期间印度洋大气的变化——大气流函数场和势函数场的分析

大气环流的变异是热带印度洋偶极子(IOD)事件研究中的一个重要问题。本文从风场旋度分量和散度分量角度出发,利用观测资料和大气环流模式,对IOD事件发生时热带印度洋海区上空的大气环流变化进行了分析,揭示出风场不同分量在IOD事件期间的变化特征。研究结果表明,热带印度洋大气环流系统在IOD事件期间,旋度分量和散度分量在垂直方向上呈现明显的一阶斜压形式,而在水平方向上呈现明显的对称分布特征。对低空(850 hPa)来说,无辐散流函数距平场在IOD事件正位相期间表现为关于赤道对称的一对反气旋式环流;无旋度分量在IOD事件正位相期间的响应表现为东印度洋辐散、西印度洋辐合;大气环流的两种分量场均可以在赤道印度洋地区产生距平意义下的纬向东风,正是这种形式的距平东风使得IOD事件依靠海气系统正反馈机制得以维持和发展。而高空(200 hPa)大气环流形式刚好与850 hPa相反。

黄海西部海洋湍流的季节变化特征分析

在2006—2007年开展的"中国近海海洋综合调查与评价"项目中,作者利用自由下降湍流剖面仪MSS60在南黄海海区分别进行了夏、冬、秋季三个航次的微尺度湍流观测,并计算分析了该海区的湍动能耗散系数ε,湍扩散系数κ等。通过与温度、流速分布图对比,结果表明三个季节的湍流混合趋势大体一致。在沿岸浅水区,混合作用比较强烈。而深水区湍流混合的垂直分布明显地表现出三层结构,混合较强的上混合层和底混合层,及相对较弱的中层。风混合和潮混合是黄海湍流混合的主要形式。风的影响主要表现在海洋上层,潮流的影响则表现于底层。