南海大气二氧化氮时空分布特征及其对海表叶绿素a浓度的影响

【目的】研究南海上层大气NO_(2)柱浓度的时空分布特征及其影响因素,探讨南海大气氮沉降通量及其对海表叶绿素a浓度的影响。【方法】使用2005—2020年大气NO_(2)柱浓度的OMI遥感产品、ERA-5再分析降水数据、边界层高度数据、风速数据以及海洋表层叶绿素a浓度月平均遥感数据,分析南海大气氮沉降通量及其对海表叶绿素a的影响。【结果与结论】南海附近区域大气高浓度NO_(2)主要分布在珠江三角洲。NO_(2)浓度随季节变化较大的区域主要分布在南海北部陆地、陆架;其余海域大气中NO_(2)浓度终年较低。珠江三角洲附近大气NO_(2)柱浓度高值出现在12月及次年1月,年平均氮沉降通量均值为13.50kg·hm^(-2)。南海北部陆架大气的NO_(2)柱浓度峰值出现在3月,氮沉降通量年平均值为4~8kg·hm^(-2),其余海域的NO_(2)柱浓度峰值则出现在3月或4月,氮沉降通量年平均值为0.5kg·hm^(-2)。NO_(2)柱浓度主要受到降水和风速的共同影响,其中,降水通过淋溶作用消耗NO_(2),风则通过稀释作用降低NO_(2)柱浓度,同时,冬季季风还可将南海北部陆地空气中的高浓度NO_(2)输送到南海。强厄尔尼诺事件过后的春季由于中南半岛生物质燃烧的增加以及珠江三角洲区域降水量增加,使得氮沉降通量出现明显增加。吕宋海峡西部,氮沉降能造成约10%的叶绿素a浓度增加。

南海北部冬季陆架波特征

【目的】统计南海北部冬季沿岸传播的陆架波信号,分析其振幅、传播相速度、发生数量的年际变化以及波动对沿岸风的响应。【方法】基于1976—1997年坎门、厦门、汕尾、中国香港、闸坡5个验潮站的水位数据,利用小波分析等方法判断剔潮水位数据中的陆架波信号,并计算其传播相速度。【结果与结论】陆架波冬半年月平均信号数量约为1.34个,波动周期约为60~380 h,坎门、厦门、汕尾、中国香港、闸坡5站陆架波信号的平均振幅依次为0.424、0.425、0.313、0.297、0.314 m。陆架波信号发生数量的变化与厄尔尼诺事件能较好对应。陆架波向南传播过程中在5个站位的频率基本不变,坎门-厦门站之间的传播相速度为11.0~17.3 m/s,厦门-闸坡站的传播相速度为5.7~22.5 m/s,信号的传播性质与陆架波频散关系吻合。由陆架波信号与沿岸风的超前滞后关系得知,南海北部陆架波主要以自由波形式沿岸传播。

南海内波研究前沿与热点

内波为发生在层结海洋内部的亚中尺度波动,是物理海洋学研究,特别是海洋混合及能量级串研究,不可或的缺环节。孤立内波的突发性巨大冲击能量可对水下航行和工程设施构成灾难性威胁,实现实时监测与预报海洋内波具有重大现实意义。南海是全球海洋中超强内波多发海区之一。长期现场观测表明,吕宋海峡以西海域内孤立波振幅高达150~200 m,且终年发生。因此,南海是目前海洋内孤立波观测与研究热点海域。本文以2015年至2021年间发表的论文为依据,评述南海内波研究新进展,认为7 a来研究成果取得质的提升。第一,实现了由卫星为主要手段2D观测到以卫星与潜标同步3D观测为主要手段的提升。由此催生出振幅240 m超强内孤立波、中尺度涡对内波的调制作用、重现周期23 h内孤立波、浅海内孤立波裂变现象、深海盆内波及动能级串等创新成果。第二,研究区开始呈现向中部深海盆扩展趋势。迄今为止,南海内波观测与研究集中在吕宋海峡以西和北部陆架,现已出现向中部深海盆扩展趋势。第三,海洋探测高新技术应用于南海内波观测与研究,取得了突破性成果。由卫星高度计沿轨海面高度场二维平面波分解技术得出的南海M2内潮辐射图,解决了多年争论不休的南海北部内波生成机制和生成源地问题。人工智能技术成功应用于建立南海邻近的边缘海内波传播预报模式。模式预报的一个潮周期之后内波波峰线位置与后续卫星图像上显示的位置之间的平均相关系数达95%,平均距离均方根差为3 km。快速深潜剖面浮标技术应用于南海北部深海盆,得出0~3 500 m全水深内波波段(周期为0.1~1.8 d)波动引起的水温起伏幅度垂直分布。高分辨水下声成像技术,包括人工地震技术和回声探测仪,成功应用于南海北部陆架内波观测与研究。其中回声探测仪图像空间分辨率达10 cm,清楚显示出内孤立波波包精细结构,可精确测得水平尺度仅为2 m的孤立波特征半宽度。可以预期,大量科学研究成果的积累,特别是采用人工智能技术建立内波传播预报模式的成功实例,必将为开发南海内波精准预报模式奠定基础。

SOLUTION OF A KIND OF LINEAR INTERNAL WAVE EQUATION

Considering the effect of horizontal Coriolis parameter and the density compactness of seawater, which were often neglected in internal waves discussion, the governing equation of linear internal waves presented by vertical velocity only will be proposed. Under the assumption that the Brunt- Vaeisaelae frequency is exponential, an accurate analytic solution of it is obtained. Finally, the expressions of wave functions are also given.