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南海开放共享航次关键科学问题的思考——从多尺度海洋动力学角度出发 被引量:4
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作者 杜岩 陈举 +11 位作者 经志友 王祥鹏 陈更新 徐驰 储小青 陈植武 徐杰 施震 唐世林 何云开 梁韵 施平 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1-17,共17页
南海是西太平洋最大的边缘海,通过一系列的海峡与西太平洋和印度洋相联通,其不同时空尺度的海洋环流动力过程及其生态环境效应是南海区域海洋学研究的重要内容。自20世纪50年代末全国第一次海洋普查开始,我国对海洋调查的支持力度不断加... 南海是西太平洋最大的边缘海,通过一系列的海峡与西太平洋和印度洋相联通,其不同时空尺度的海洋环流动力过程及其生态环境效应是南海区域海洋学研究的重要内容。自20世纪50年代末全国第一次海洋普查开始,我国对海洋调查的支持力度不断加大,以科学考察船为代表的海洋科学观测平台建设不断加强;进入新千年以来,国内海洋科考船依托的各主要研究所和院校本着开放的理念,先后组织多单位联合进行海上观测。尤其是最近10年,国家自然科学基金委员会支持实施了船时共享航次计划,进一步促进了国内海洋界的交流和合作,南海区域海洋学的相关研究取得了很多重要的成果。从多尺度环流动力学的角度出发,本文简要回顾了南海海洋观测的发展历程,并初步总结了近些年来南海关键科学问题的研究进展,包括南海和西太平洋的水体交换过程、南海中小尺度过程、多尺度相互作用及其生态环境效应等;并且在现有的研究基础上,对未来南海的观测和科学问题提出若干思考与展望。 展开更多
关键词 南海 海洋观测 多尺度环流 水体交换 中小尺度过程 生态效应
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季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征初探 被引量:4
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作者 李洁 经志友 张偲 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1-15,共15页
季风驱动下的南海海洋动力过程有着季节性的多尺度变化特征,显著影响南海海洋生态系统的演化进程。海洋细菌作为海洋生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分,对环境变化和海洋多尺度动力过程有着积极的响应。将微生物生态过程与海... 季风驱动下的南海海洋动力过程有着季节性的多尺度变化特征,显著影响南海海洋生态系统的演化进程。海洋细菌作为海洋生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分,对环境变化和海洋多尺度动力过程有着积极的响应。将微生物生态过程与海洋动力过程相结合,研究微生物的群落结构、动态变化及其与海洋环境过程的耦合,是目前国际海洋科学多学科交叉研究的热点之一。文章以国家自然科学基金重点项目"季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征及其生物海洋学意义"的主要研究成果为基础,从南海北部上升流、海洋锋面、中尺度涡旋、次中尺度过程及其对海洋细菌多样性和生态系统可能的影响等几个方面,探讨当前的研究进展和初步研究成果。 展开更多
关键词 南海 海洋动力过程 细菌多样性 微生物海洋学
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全球海表流场多尺度结构观测卫星计划 被引量:1
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作者 杜岩 董晓龙 +12 位作者 蒋兴伟 张玉红 朱迪 王闵杨 吴炜 王祥鹏 赵章喆 徐星欧 唐世林 经志友 李毅能 陈琨 陈雯 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期849-861,共13页
全球海表流场多尺度结构观测卫星计划(Ocean Surface Current multiscale Observation Mission,OS-COM)首次提出海表流场、海面风场和海浪谱(简称“流–风–浪”)一体化探测的多普勒散射计(Doppler Scatterometer,DOPS)测量原理和系统... 全球海表流场多尺度结构观测卫星计划(Ocean Surface Current multiscale Observation Mission,OS-COM)首次提出海表流场、海面风场和海浪谱(简称“流–风–浪”)一体化探测的多普勒散射计(Doppler Scatterometer,DOPS)测量原理和系统体制。OSCOM采用Ka-Ku双频多波束圆锥扫描体制的真实孔径雷达,将实现超过1000 km观测刈幅、公里级分辨率的“流–风–浪”一体化卫星直接观测。OSCOM将突破海洋亚中尺度非平衡态动力学、海洋多尺度相互作用、海气耦合的研究瓶颈,支撑实现海洋系统科学、气候变化等理论研究的重大突破。未来,应用OSCOM海表流速观测的模式改进,将奠定海洋非平衡态过程数值模拟、同化和预报的动力学基础,实现海洋和海气耦合模式的重大改进。通过与多源数据融合,OSCOM海流观测的应用将为海洋生物地球化学循环、碳收支研究和国家重大任务提供支撑。OSCOM科学卫星的实施对于我国地球系统科学和卫星对地观测重大应用的突破有至关重要的意义,有望带动我国应用卫星的发展从追赶、并行走向领跑。 展开更多
关键词 海表全流场 海洋多尺度动力过程 多普勒卫星海洋学 “流–风–浪” 一体化探测 科学卫星
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琼东和粤西海表温度锋的季节与年际变化特征分析 被引量:5
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作者 陈彪 王静 +1 位作者 经志友 李敏 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1-9,共9页
以2006—2013年卫星遥感海表温度资料(GHRSST SST)为基础,通过数字图像处理的边缘检测方法提取温度锋面的核心位置,分析了琼东、粤西海域海表温度锋位置及强度的季节变化和年际变化特征,并进一步结合海面高度异常资料和海面风场资料探... 以2006—2013年卫星遥感海表温度资料(GHRSST SST)为基础,通过数字图像处理的边缘检测方法提取温度锋面的核心位置,分析了琼东、粤西海域海表温度锋位置及强度的季节变化和年际变化特征,并进一步结合海面高度异常资料和海面风场资料探讨了温度锋变化的可能机制。分析结果表明,琼东、粤西海域温度锋的空间分布及锋面强度存在显著的季节变化,沿岸风应力是影响该海域锋面变化的主要动力因素。夏季温度锋面主要分布于琼东沿岸的东部及南部海域近岸50m到100m等深线之间,而冬季则主要分布在琼东的东部海域和粤西沿岸20m到100m等深线之间,春秋两季为其过渡季节;锋面强度的季节变化表现为冬季最强,春季、夏季次之,秋季最弱,其冬季锋面强度平均值可达到3℃?100km–1,夏季为1.7℃?100km–1;同时,锋面核心位置及强度的分析结果表明,琼东和粤西海域温度锋也存在较强的年际变化。 展开更多
关键词 琼东 粤西 温度锋 边缘检测 季节变化 年际变化
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南海北部次中尺度过程数值研究 被引量:9
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作者 罗士浩 经志友 +1 位作者 齐义泉 谢强 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期10-19,共10页
近年来的观测与理论研究发现,海洋上混合层存在一类水平尺度为0.1~10km、时间尺度为~O(1天)的重要物理过程,称之为次中尺度过程。该过程具有较大的罗斯贝数(Ro)和较小的理查森数(Ri),它能有效地通过次级不稳定从中尺度地转过程中汲取能... 近年来的观测与理论研究发现,海洋上混合层存在一类水平尺度为0.1~10km、时间尺度为~O(1天)的重要物理过程,称之为次中尺度过程。该过程具有较大的罗斯贝数(Ro)和较小的理查森数(Ri),它能有效地通过次级不稳定从中尺度地转过程中汲取能量,并向小尺度湍流混合串级,从而对上层海洋物质能量输运、中尺度过程变异、海气相互作用,以及混合层再分层等产生重要影响。利用区域海洋模式系统ROMS(Regional Ocean Modeling System)进行水平分辨率约为1km的高分辨率数值实验,对南海北部的次中尺度过程进行了初步探讨。分析结果表明,南海北部海域有着丰富的中尺度涡旋与海洋锋面活动,且涡旋与锋区边缘存在显著的次中尺度现象。通过对次中尺度涡旋个例的稳定性和能量分析发现,锋面海域强烈的水平浮力梯度导致了涡丝边缘的Ertel位涡小于0,并引起对称不稳定,锋生作用是该次中尺涡旋南侧发生对称不稳定的主要动力机制。同时,对称不稳定能有效地从地转剪切中汲取能量并向小尺度湍流混合串级,其能量汲取的最大值出现在20m深度,约为4×10^(–7)W×kg^(–1)。 展开更多
关键词 南海北部 次中尺度过程 数值模拟 锋生作用
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南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征分析 被引量:6
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作者 黄小龙 经志友 +1 位作者 郑瑞玺 张旭 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1-9,共9页
利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果,对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示,南海西部夏季锋面海域存... 利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果,对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示,南海西部夏季锋面海域存在活跃的次中尺度现象,其水平尺度约为1~10km,且具有O(1)罗斯贝数(Rossbynumber,Ro)的典型次中尺度动力学特征。进一步的诊断分析表明,在夏季西南风的驱动下,沿锋面射流方向的风应力(down-frontwind stress)引起的跨锋面埃克曼输运有利于将海水由锋面冷水侧向暖水侧输运,减小了锋面海域的垂向层结和Ertel位涡,加剧了锋面的不稳定,并形成跨锋面的垂向次级环流。高分辨率模拟结果显示,锋面海域最大垂向流速可达100m·d^-1,显著增强了上层海洋的垂向物质交换。因此,活跃在锋面海域的次中尺度过程可能是增强南海西部上升流海域垂向物质交换的重要贡献者。 展开更多
关键词 上升流锋面 次中尺度过程 区域海洋数值模式 卫星遥感 南海西部
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黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化研究 被引量:2
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作者 罗士浩 经志友 +3 位作者 闫桐 郑瑞玺 曹海锦 齐义泉 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1-11,共11页
近年来的现场观测和理论研究发现,次中尺度现象广泛存在于上层海洋,其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析,对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨... 近年来的现场观测和理论研究发现,次中尺度现象广泛存在于上层海洋,其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析,对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨。探讨结果表明,黑潮延伸体海域次中尺度过程具有冬季最强,春季和秋季次之,夏季最弱的显著季节变化特征。基于冬、夏季次中尺度能量源的诊断可以看到,这些季节变化特征主要与上层海洋的斜压不稳定和锋生作用有关。冬季,黑潮延伸体海域的中尺度能量较弱,但次中尺度过程在季节尺度上表现最为活跃,这主要与混合层斜压不稳定的作用有关;夏季,黑潮延伸体海域的混合层较浅,次中尺度过程较弱,但中尺度涡旋活跃,中尺度流场变形引起的锋生作用对夏季次中尺度现象的产生具有重要影响。在次中尺度能量的季节变化方面,冬季次中尺度过程从中尺度过程汲取能量的速率远高于夏季,这是冬季次中尺度过程比夏季更为活跃的主要原因。本文研究结果有助于加深对黑潮延伸体海域次中尺度过程季节性变化及其动力机制的理解。 展开更多
关键词 黑潮延伸体 次中尺度过程 季节变化 锋生作用
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南海北部反气旋涡旋边缘的次中尺度动力过程分析 被引量:11
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作者 郑瑞玺 经志友 罗士浩 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期19-25,共7页
广泛存在于上层海洋的次中尺度过程能有效地从平衡态的中尺度地转剪切中汲取动能,并通过非地转斜压不稳定正向串级能量至小尺度的耗散过程,从而对海洋物质能量输运、中尺度过程变异以及混合层再层化等产生重要影响。文章利用高分辨率(50... 广泛存在于上层海洋的次中尺度过程能有效地从平衡态的中尺度地转剪切中汲取动能,并通过非地转斜压不稳定正向串级能量至小尺度的耗散过程,从而对海洋物质能量输运、中尺度过程变异以及混合层再层化等产生重要影响。文章利用高分辨率(500m)的区域海洋数值模式ROMS(Regional Ocean Modeling System)模拟结果,并结合理论分析,对南海北部冬季典型反气旋涡的次中尺度动力过程进行了初步探讨。研究结果表明,典型中尺度涡边缘存在显著的锋面,锋面海域强烈的水平浮力梯度能有效地减小Ertel位涡,有利于诱发次中尺度对称不稳定(symmetric instability);锋生作用是引起该中尺度涡边缘发生对称不稳定的主要动力机制之一。同时,次中尺度过程及其不稳定引起的垂向次级环流显著增强了混合层垂向物质能量交换,最大垂向速度可达95m·d^(-1),影响深度最深至80m。 展开更多
关键词 南海北部 反气旋涡 锋面 次中尺度过程 对称不稳定
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基于高分辨ROMS模式的黑潮延伸体次中尺度涡各向异性分析 被引量:1
9
作者 周霄雯 曹海锦 +1 位作者 经志友 廖光洪 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期10-18,共9页
次中尺度过程的水平空间尺度约为0.1~10km,时间尺度约为1天,里查森数和罗斯贝数为0(1),能有效地从中尺度环流中汲取能量向小尺度湍流串级,并对上层海洋物质的垂向交换有着重要影响。本文基于水平分辨率为~500m的高分辨率ROMS(regional o... 次中尺度过程的水平空间尺度约为0.1~10km,时间尺度约为1天,里查森数和罗斯贝数为0(1),能有效地从中尺度环流中汲取能量向小尺度湍流串级,并对上层海洋物质的垂向交换有着重要影响。本文基于水平分辨率为~500m的高分辨率ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟结果,采用方差椭圆方法,评估了黑潮延伸体海域上层海洋次中尺度涡旋的各向异性特征,并探讨了涡旋各向异性值的大小与次中尺度过程特征参数的相关性。研究结果表明,黑潮延伸体主轴强流区域的次中尺度涡旋各向异性值明显小于两侧海域,主轴区域的次中尺度涡旋特征明显强于流轴两侧海域,各向异性值与次中尺度过程的强弱有着较为显著的负相关关系,表明次中尺度过程具有较小的各向异性特征(更趋各向同性)。方差椭圆表征了涡与平均流相互作用过程中的能量反馈机制,较大的各向同性特征意味着动能更趋正向串级。 展开更多
关键词 次中尺度过程 黑潮延伸体 涡旋各向异性 能量串级 上层海洋
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夏季南海北部粤东陆架锋面的动力特征分析 被引量:1
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作者 曾毅港 经志友 +1 位作者 黄小龙 郑瑞玺 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期136-145,共10页
本文利用现场观测资料和卫星遥感数据,并结合ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟对南海北部粤东陆架的锋面特征及其影响因素进行探讨。观测结果显示,夏季南海北部陆架存在活跃的上升流温度锋面,其水平尺度约为50km,强度达到0... 本文利用现场观测资料和卫星遥感数据,并结合ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟对南海北部粤东陆架的锋面特征及其影响因素进行探讨。观测结果显示,夏季南海北部陆架存在活跃的上升流温度锋面,其水平尺度约为50km,强度达到0.06℃·km^(–1),大于同时期卫星遥感观测结果,垂向影响深度超过20m,且具有一阶理查森数(Richardson number,Ri)的典型动力学特征。进一步的ROMS模式诊断分析结果显示,锋面处水平梯度增强,且动力学上表现出一阶Ri数,为锋面不稳定的发生提供了有利条件。高分辨率模拟结果显示,在夏季西南风的驱动下,沿锋面地转流方向的风应力引起的跨陆架Ekman输运将锋面处冷水向暖水运移,导致水平浮力梯度和锋面强度增强并形成负Ertel位涡(Ertel potential vorticity,EPV)。因此,夏季风场强迫引起的Ekman浮力通量(Ekman buoyancy flux,EBF)可能是南海北部锋面不稳定现象的主要贡献者,对局地动力环境有重要影响。 展开更多
关键词 南海北部 陆架锋面 现场观测 锋面不稳定 区域海洋数值模式
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黑潮延伸体海域典型涡旋的次中尺度特征分析
11
作者 张旭 经志友 +2 位作者 郑瑞玺 黄小龙 曹海锦 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期31-40,共10页
本文基于卫星遥感资料和高分辨率ROMS(Regional Ocean Modeling System)数值模拟结果,对黑潮延伸体海域典型中尺度涡旋的次中尺度特征进行了探讨。卫星观测和模拟结果显示,黑潮延伸体涡旋海域伴随着活跃的次中尺度现象。涡旋演变与多尺... 本文基于卫星遥感资料和高分辨率ROMS(Regional Ocean Modeling System)数值模拟结果,对黑潮延伸体海域典型中尺度涡旋的次中尺度特征进行了探讨。卫星观测和模拟结果显示,黑潮延伸体涡旋海域伴随着活跃的次中尺度现象。涡旋演变与多尺度能量分析结果表明,涡旋海域次中尺度动能的强弱与涡旋海域地转流动能有着密切联系,锋生可能是涡旋边缘次中尺度动能增强的重要机制。次中尺度现象在中尺度涡旋海域具有沿地转流方向的复杂涡丝状结构特征,意味着涡旋边缘较强的水平浮力梯度和地转流侧向剪切为次中尺度过程形成与发展提供了有利条件。此外,垂向结构分析表明,次中尺度过程能引起较大的垂向速度,最大可达100m·day^(-1),该垂向速度可以影响至混合层下200m深度处,对海洋内部的垂向物质能量交换、海—气相互作用等有着重要的影响。 展开更多
关键词 中尺度涡旋 次中尺度过程 锋面 黑潮延伸体
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基于生成对抗网络模型的热带和亚热带海洋中尺度涡预报研究
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作者 刘爽 经志友 詹海刚 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1-16,共16页
中尺度涡蕴含海洋超过90%的动能,显著影响海洋物质能量循环。对中尺度涡的预报是目前物理海洋学研究的热点和难点。文章基于卫星高度计观测的近30年海表面高度异常数据(sea level anomaly,SLA),采用基于博弈思想的生成对抗网络方法(gene... 中尺度涡蕴含海洋超过90%的动能,显著影响海洋物质能量循环。对中尺度涡的预报是目前物理海洋学研究的热点和难点。文章基于卫星高度计观测的近30年海表面高度异常数据(sea level anomaly,SLA),采用基于博弈思想的生成对抗网络方法(generative adversarial networks,GAN),构建了中尺度涡预报模型,进行了28天预报,并采用独立样本分析了预报涡旋的空间分布、时间分布、能量强度等特征参数,探讨影响预报结果准确性和时效性的主要因素。结果表明,半径为100~200km的涡旋在15天左右的预报时长仍能保持较好的准确性及时效性,误差在20%以内。该区域的平均涡动能约为0.875m^(2)·s^(-2),其预报的均方根误差(root mean square error,RMSE)普遍介于0.02~0.04m^(2)·s^(-2)。且涡旋预报结果受异常天气影响较小,在正常天气条件和台风娜基莉条件下具有相似的预报能力。这些结果对进一步理解并应用生成对抗网络这一新方法预报海洋中尺度涡提供了参考。 展开更多
关键词 生成对抗网络 中尺度涡预报 海表面高度异常 深度学习方法
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Seasonal characteristics of internal tides and their responses to background currents in the Luzon Strait 被引量:2
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作者 FANG Yong HOU Yijun jing zhiyou 《Acta Oceanologica Sinica》 SCIE CAS CSCD 2015年第11期46-54,共9页
The spatial-temporal characteristics of internal tides (ITs) in the southwest Luzon Strait are examined, based on 9-month mooring current records from autumn 2008 to summer 2009. The results of spectral analysis sho... The spatial-temporal characteristics of internal tides (ITs) in the southwest Luzon Strait are examined, based on 9-month mooring current records from autumn 2008 to summer 2009. The results of spectral analysis show that the ITs in diurnal and semidiurnal frequencies are prominent at the mooring site, especially for the clockwise rotary component. The diurnal ITs are mostly dominated by the first mode except for that in spring when the second mode is relatively predominant. The semidiurnal ITs display a variable multimodal structure. Moreover, an apparent difference is detected in the kinetic energy of diurnal ITs. The energy is strongest in winter, and followed by that in summer, whereas the value is smallest in spring and autumn. It is suggested that the incoherent motions are responsible for the significant seasonal variations of diurnal ITs, reflecting interaction between diurnal ITs and the varying background conditions. However, the semidiumal ITs are independent of seasonal change, whose energy is smaller and only one-third of the diurnal energy in winter. Nevertheless, the abnormal variations of semidiurnal ITs are also related to the variable background conditions. The incoherent semidiurnal constituent accounts for about 37% of the total semidiurnal tidal kinetic energy, but the diurnal tidal motions contain fewer incoherent component (22.2%). 展开更多
关键词 internal tide seasonal variation background current Luzon Strait
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利用高分辨率水体反射地震资料研究吕宋海峡以东黑潮区混合
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作者 张哲 经志友 唐群署 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期20-29,共10页
混合过程是海洋中普遍存在的一种形式,对气候变化、物质分布等起到了重要作用。地震海洋学是近十多年发展起来的一门新兴学科,被广泛应用到物理海洋学问题的研究中,具有高空间分辨率的突出优点。文章利用反射地震资料,通过斜率谱方法,... 混合过程是海洋中普遍存在的一种形式,对气候变化、物质分布等起到了重要作用。地震海洋学是近十多年发展起来的一门新兴学科,被广泛应用到物理海洋学问题的研究中,具有高空间分辨率的突出优点。文章利用反射地震资料,通过斜率谱方法,分别获得了吕宋海峡以东黑潮区湍流段与内波段的耗散率及扩散率。结果显示,在剖面深度200~800m的平均耗散率为10^-7.0W·kg^-1,平均扩散率为10^-3.3m^2·s^-1,比大洋统计均值10^-5.0m^2·s^-1高约1~2个量级,与前人在吕宋海峡的观测结果相一致。湍流段和内波段的扩散率空间分布差异较大:湍流段扩散率高值区对应强流区域,推测这里是中尺度涡边缘,其次中尺度不稳定过程引起扰动增强,进而引起湍流混合的加强;内波段扩散率高值区出现在吕宋岛弧附近,推测是内波遇到岛弧地形发生破碎,进而引起强的内波混合。 展开更多
关键词 黑潮区 反射地震 斜率谱 混合
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