南海北部台风和中尺度暖涡对近惯性振荡的影响

基于2014年8-9月南海北部东沙群岛附近海域两个临近站位(站位A,20.736°N,117.745°E,水深1 249 m;站位B,20.835°N,117.56°E,水深848 m)的潜标数据,研究了台风过境所激发的近惯性振荡的特征,分析了中尺度暖涡对近惯性频率的调制及其对近惯性动能分布和传播的影响。站位A(B)142(175) m以浅,近惯性频率由0.710 1(0.713 3)周/d红移至0.659 2周/d,频率减小了7.2%(7.6%),观测结果与两个站位所处的背景涡度相吻合。中尺度暖涡改变了水体层结状态,两个站位的近惯性动能在不同层结中被改变了0.5~3倍。水体层结对能量的折射作用使得站位B的近惯性动能在深度158~223 m之间衰减较少,而站位A的近惯性动能则随着深度的增加快速减小。站位A和站位B近惯性内波的垂向群速度分别约为15.2 m/d和14.1 m/d。如果忽略近惯性动能的水平辐散,近惯性内波的垂向传播分别造成了两个站位垂向上约47%和38%的近惯性动能衰减。

一种海洋混合层深度的智能识别方法研究

文章提出了一种识别混合层深度的人工智能方法。该方法在温度(密度)与压强(或深度)间建立线性模型,并且将其系数和方差做成一组表征廓线特征的统计量。初始时为模型设定一个主观的先验分布,在一个自海表向下移动的窗口内通过贝叶斯链式法则和最小描述长度原理学习新数据,得到系数均值的最大后验概率估计。用F-检验识别系数发生突变的位置,以此确定混合层的存在性及其深度。通过2017年2月太平洋海域的地转海洋学实时观测阵(Arrayfor Real-time Geostrophic Oceanography,ARGO)数据进行测试,并且以质量因子(Quality Index,QI)值作为判断识别混合层深度结果准确性的依据,发现该方法相比于梯度法、阈值法、混合法、相对变化法、最大角度法和最优线性插值法在识别结果上具备更大的QI值。表明该方法能够准确识别混合层深度。

基于精细温度观测的南海东北部陆坡-深海盆底层湍流混合

南海是存在强湍流混合的边缘海之一,但前人对南海湍流混合的研究更多关注的是中上层,对底层则鲜有关注。本文基于高分辨率温度传感器于2019年5月在南海东北部22个站位海底上方0.5m处持续观测4.4d的温度数据,分析了2216~3200m深度范围内底层海水温度的时间变化特征,并探讨了地形粗糙度和内潮对底层湍流混合的影响。分析结果表明,南海东北部各站位底层海水的温度变化量级约为10^(–4)~10-^(–3)℃;温度变化趋势与正压潮变化趋势不同,温度能谱显示多数站位在全日和半日频带区间出现谱峰,温度变化更多地受斜压潮影响,全日、半日内潮起主要调制作用。陆坡-深海盆过渡区及深海盆底层的湍动能耗散率量级为10^(–10)~10^(–9)m^(2)·s^(–3),涡扩散系数量级为10^(–4)~10^(–3)m^(2)·s^(–1)。观测数据未能显示底层湍流混合与地形粗糙度存在明显的相关性。底层湍流混合的空间分布与过去观测到的南海北部深海盆内潮的南北不对称性分布一致。

基于浮标观测的南海西沙群岛潟湖区潮流特征研究

本文利用南海西沙群岛潟湖区29 d的全水深浮标观测资料研究了潟湖区内正压潮和内潮的基本特征,采用深度平均方法分析海流的适用性,并讨论潟湖区内潮的主要来源。深度平均流的动能谱显示全日潮流占主导,其动能占整体海流动能的41%。对比分析深度平均流和Tpxo7.2模式预测的全日、半日潮流的调和常数,两者均表明全日正压潮流受地形调制,主轴方向为西北-东南向,而半日正压潮流主轴方向为东-西向。两种方法得到的全日正压潮流大-小潮存在半个相位(6~7 d)的差异,进一步分析发现全日正压潮和全日内潮潮龄不同,存在部分相互抵消,且全日内潮大潮发生时间在深度上存在差异,推测由于缺少海表和海底的测量数据,导致深度平均方法得到的全日正压潮仍然包含全日内潮信号。调和分析结果表明,全日内潮的动能中相干部分占比高达91%,说明潟湖区的全日内潮是正压潮与局地岛礁地形相互作用产生,而从远场传播而来的可能性很小。

南海北部底层对流不稳定性研究

底层对流不稳定对海洋底层能量输运和湍流混合有重要影响。为评估底层对流不稳定对能量输运的贡献,基于 2018 年 9 月 20 日南海东北部东沙群岛海域(20.895 3 °N,117.180 8 °E,水深 385 m)37 h 锚定潜标高时空分辨率观测数据,对观测站位海洋底层水体的温度结构特征进行了分析,研究了对流底层厚度变化,及其对海洋底层能量输运和湍流混合的贡献。结果表明,观测站位对流底层出现的概率约为总观测时间的 56%,其厚度平均值为 6.17 m。底层平流为下坡流时,对流底层出现的概率约为 50%,其厚度相对较小,均小于 10 m;而为上坡流时,对流底层出现的概率约为70%,其厚度显著增大,可达到 40 m。对流不稳定驱动的垂向热通量 E_(B)和传热效率 Nu 具有间歇性特征,观测时间内E_(B)平均值为 0.41 W/m^(2),Nu 平均值为 249.91,且对流热通量远高于底层流速剪切通量。对流底层湍流热扩散率和涡扩散率的评估结果表明,随着底层湍流混合强度的增强,对流不稳定对底层湍流混合的贡献率逐渐减小。

Bottom water temperature measurements in the South China Sea,eastern Indian Ocean and western Pacific Ocean

文章报道了一批新的海底底水温度(BWT)数据,其中南海(SCS)158个站位、东印度洋(EIO)30个站位及西太平洋(WPO)37个站位。基于这批新的BWT数据,获得南海和西太平洋海域底水温度与水深经验关系,可为地球物理和物理海洋提供准确、可靠的海底温度边界。这将有助于海底油气资源调查与评估。同时,这批实测数据表明:1)水深超过3500m的海域,其底水温度在南海约为2.47℃,比东印度洋(～1.34℃)和西太平洋(～1.60℃)稍微偏高。这与大洋传送带模式所预测的情况比较吻合。该模式认为:低温高盐的海水,从北大西洋格陵兰岛和冰岛附近海域下沉到深层,然后向南流动,再与南极洲周围海域的低温高盐海水一同向北进入印度洋和太平洋。而南海是一个相对比较封闭的热带边缘海,其内部海水与印度洋和菲律宾海交换有限,导致海水温度整体高于印度洋和太平洋。2)台西南盆地水深在2700～3000m的部分站位,其底水温高达约3.00℃,明显高于其周边同水深海域底水温度(平均值约为2.33℃)。这可能是台西南盆地海底水热活动导致的结果。3)在东印度洋和西太平洋水深超过4800m海域,底水温度随着水压增大稍有升高,其升高率分别为10.6mK·MPa^(-1)和12.0mK·MPa^(-1)。这与理论估算的深层底水绝热压力温度梯度范围较为吻合。这也意味着东印度洋和西太平洋深层底水,主要由绝热自压作用导致其温度随着深度的增大而升高。

扩散对流温盐台阶结构的数值模拟

热盐驱动下的扩散对流现象是海洋中高纬度海域普遍存在的一种现象,对其进行数值模拟可更细致地研究海洋小尺度动力过程。文章分析了扩散对流的形成机制,建立了二维方腔模型,通过有限体积法求解控制方程,对其分层现象进行了数值模拟。研究给出了流场的温度及盐度随时间演化的关系,展现了流场中速度的涡旋结构,分析了温盐台阶结构的生成、合并的演化过程,并对其物质和能量的输运进行了初步的理论解释。另外,对不同热流密度情况下的扩散对流现象进行了对比研究,发现随着热流密度的增加,台阶结构的演变速率变快,而且上边界冷却对其演化速率具有促进作用,但热流密度的改变并没有对台阶结构的演变趋势产生明显的影响。