基于水动力ROMS与BOX耦合模型的长江口及邻近水域水通量及水体交换特性

本研究将水动力模型ROMS(regional oceanic modeling system,区域海洋模式系统)与箱式(box)模型结合,详细阐述了长江口及邻近水域四个季节的水通量特征及水体交换特性。研究发现:总的水通量整体受季风控制,季风的作用在于使水体在南北方向上交替输送,而台湾暖流对春夏季底层水南向输运具有重要作用;直接进入123.5°E以东外海区域的水通量很小,而是先从南边界流出研究区域,然后通过海洋环流系统进入外海。在强烈季风下,水体更新依赖于季风方向的水平通量,主要是同层水体而不是表底层水体之间的交换。虽然水体更新时间较长的区域与缺氧区基本一致,但本研究认为该区域底层水体缺氧的本质原因是跃层阻隔了表底层水体之间的交换。

热带太平洋海洋叶绿素对SST的影响及其机理分析——基于ROMS的海洋物理-生态模式模拟

关于热带太平洋海洋叶绿素对海表面温度(sea surface temperature, SST)年平均场和年际变率的影响,学术界存在着广泛的争议,模拟结果表现出明显的模式依赖性;且对于季节变化上叶绿素如何影响SST的关注较少。为深入研究热带太平洋叶绿素的气候效应,本文基于区域海洋模式系统(Regional Ocean Modeling System, ROMS)构建了海洋物理-生态耦合模式;通过在敏感性试验中设置不同的叶绿素浓度分布,分析了叶绿素对热带太平洋SST的年平均和季节变化的影响。结果表明,叶绿素会导致热带太平洋大部分区域SST升高,但赤道东太平洋区域SST降低。其中,前者由叶绿素的直接加热效应所引起:叶绿素的存在使得海洋表层吸收的短波辐射明显增多,更多的热量被保留在了混合层中,引起SST的升高;后者由动力冷却效应占主导:叶绿素使得混合层中吸收更多的短波辐射,导致穿透到混合层以下的短波辐射明显减少,所引起的热量垂向重新分配使得海水的层结增强、混合层变浅、上层海流辐散增强,进一步在赤道南北两侧产生异常向西的纬向流、赤道东太平洋的上升流增强,使得SST下降。但是这种冷却效应并未贯穿于全年,叶绿素对赤道东太平洋SST变化的影响呈现出明显的季节依赖性:在1~4月期间表现为SST增暖(即直接加热效应占主导作用);此后加热效应减弱,垂向冷平流的作用愈发强劲,间接动力冷却效应占主导。综合来看,叶绿素会使赤道东太平洋SST降低约0.5℃,并加强其季节变率。本文得到了叶绿素影响赤道东太平洋SST的两种不同的结果(变冷和变暖),这一发现为理解不同模式中叶绿素冷却或加热效应主导作用的差异提供了新的视角,为改进模式、合理表征叶绿素的影响提供了重要的科学依据。

厦门海域落水集装箱漂移路径的数值模拟

对落水集装箱的受力和进水淹没过程进行分析,细化落水集装箱风致漂移系数与淹没率的线性关系。并以“SITC PYEONGTAEK”轮落水集装箱为例,结合区域海洋模式模拟的海流数据,用拉格朗日法和蒙特卡洛随机扩散相结合的粒子追踪法建立集装箱追踪模型模拟集装箱的漂移轨迹,再利用网格化统计方案对零散分布的粒子进行概率统计,分析掉落集装箱的漂移位置。通过实际案例中集装箱落水后的漂移轨迹对模型进行验证,表明该模型模拟得到的轨迹点与海上发现的漂浮集装箱点位基本吻合,说明该模型有助于快速锁定漂移区域,减少由落水集装箱带来的风险,增加航行单位对落水集装箱漂移轨迹的预测准确性,为集装箱落水港区及周边水域的通航安全提供保障。

2007年长江口邻近海域夏季上升流演变机制研究

研究长江口邻近海域夏季上升流强度和空间分布的变化，对渔业生产和赤潮的防治具有重要的指导意义。采用2007年6～10月高分辨率卫星遥感资料NGSST海表温度和CCMP风场，通过经验正交函数（EOF）分解和区域海洋数值模式（ROMS）研究了该海域夏季上升流的短期演变机制及其与SST异常的关系。结果表明，夏季上升流强度和范围存在明显变化，是引起该海域SST异常的重要原因；风场对上升流短期演变起着关键作用，风应力旋度对局地上升流变化的影响与沿岸风应力同等重要：地形变化影响着上升流中心的分布，陡而窄的海底凸起容易在顺流侧形成较强的上升流中心，并在逆流侧诱发下降流。

渤海沉潜油运动规律的数值模拟分析

基于渤海三维温-盐-流动力学模型,依据沉潜油的沉潜特性,建立了基于拉格朗日追踪的渤海沉潜油模型,对渤海不明来源沉潜油的迁移运动规律进行模拟和统计分析.结果显示该模型实现了对渤海沉潜油来源的定量分析,进而探讨季节尺度上秦皇岛沿岸沉潜油的局地与远程来源的关系,由此解析春末夏初秦皇岛海域出现沉潜油上岸的机制,为渤海不明来源沉潜油的监视和防控提供了参考依据.

UNESCO/IOC-ODC中心第四期培训在青岛圆满完成

2014年11月3日—14日,联合国教科文组织政府间海洋学委员会海洋动力学和气候培训与研究区域中心（简称UNESCO/IOC-ODC中心）第四期培训班在山东青岛成功举办。此次培训的主题为气候模式,来自美国和中国的7位专家学者应邀授课,来自越南、印度尼西亚、马来西亚、巴基斯坦、韩国、斯里兰卡、泰国、瓦努阿图和中国等13个国家的35名学员参加了此次培训班。

浙江沿岸春季上升流的数值研究

采用三维斜压非线性数值模式ROMS（Regional Ocean Modeling System）,在浙江沿岸特殊地形的基础上综合考虑风场、台湾暖流、潮流以及长江径流等可变因子,对春季浙江沿岸上升流进行了数值研究。研究结果表明,浙江沿岸春季存在上升流,且上升流以带状分布在浙江近岸海域,在渔山列岛附近（28.40°N,122.00°E）以及舟山群岛附近（30.70°N,122.60°-123.00°E）存在2个上升流中心。风、台湾暖流和潮动力是影响浙江沿岸春季上升流的重要因子,其中风和台湾暖流对浙江沿岸整条上升流带均有影响;潮动力仅对28.60°N纬度线以北至舟山群岛附近的上升流以及2个上升流中心的强度存在影响;长江径流对2个上升流中心、舟山群岛及长江口附近的上升流有一定影响。通过对浙江沿岸海域流场的分析可以发现,舟山群岛附近底层各等深线上水体向岸运动的速度比周围海域的大,跨越底层各等深线向上涌升的趋势更明显,间接反映了舟山群岛附近的上升流强度相对较强。对于舟山群岛附近的上升流而言,30m深度以浅的海域,科氏力、水平平流作用与垂直粘性力是上升流形成的主要动力,30m深度以深的海域,上升流形成的主要动力为科氏力与压强梯度力,此时水平平流作用和垂直粘性力对上升流的影响较弱。

基于四维变分同化方法的南海中尺度涡后报实验

海洋中尺度涡在本质上是属于满足准地转平衡的大尺度运动,因此理论上,其在短时间内的运动将主要受到准地转平衡关系的约束,而外部强迫场的影响在短期内不会明显改变其运动特征。基于上述思想,我们提出了一种基于四维变分同化初始场的中尺度涡旋预报方案。为了检验该方案的可行性,本文使用区域海洋模式(regional ocean modeling system,ROMS)和其内建的增量强约束四维变分同化(incremental strong constraint four dimensional variational,I4D-Var)模块,建立了一个南海海洋同化模拟系统。首先,通过I4D-Var方法将AVISO卫星高度计资料同化到海洋数值模拟中,获得了理想的中尺度涡同化模拟结果。同化、模式模拟和观测三者的中尺度涡统计结果表明,该同化系统模拟的南海中尺度涡的路径、半径、海表高度异常和振幅等特征信息与AVISO(Archiving Validation and Interpolation of Satellite Oceanographic Data)观测结果高度吻合,同时在深度上的分析表明,涡旋对应的温度、盐度和密度均得到有效的调整。然后,将该同化系统的模拟结果做为初始场,对某一特定时段的南海中尺度涡进行了后报模拟和结果的定量化分析。通过比较后报模拟与观测资料中对应涡旋的海表面高度异常(sea surface height anomalies,SSHA)相关系数、涡心差距和半径绝对误差,证明该方案的中尺度涡后报时效至少可达10 d以上。后报实验结果验证了该中尺度涡预报方案的可行性,从而为中尺度涡的预报提供一定的理论基础和可行性方案。

四维变分同化技术在风暴潮数值模拟中的应用

利用区域海洋模式ROMS(Regional Ocean Modelling System)及其四维变分同化模块,建立了具有资料同化能力的东中国海风暴潮数值模式,通过将海洋站水位观测资料同化到风暴潮模式中,提高了模式对风暴潮的模拟精度。四维变分同化技术能够在整个同化时间窗口保持动力协调,使模拟结果在该时间窗口内最大程度的靠近观测,同时,得到了最优预报初始场。利用该模式,对两次温带风暴潮过程进行了数值模拟,结果表明:在同化窗口内,同化对模拟精度有明显的提高;结束同化之后,得到的最优预报初始场对临近预报精度也有一定提高。

西南黄海环流及其对浒苔分布的影响

本文基于高分辨率ROMS(Regional Ocean Modeling System)模式在中国海区域1980—2019年共40 a的模拟结果,研究了西南黄海环流的存在性及成因、季节变化特征等,并初步探究了西南黄海环流与黄海浒苔灾害年际差异之间的关系。结果表明:顺时针方向的西南黄海环流终年存在于山东半岛南部35.0°N—36.5°N、120°E—122°E海域,其强度在6和10月最强,1和8月最弱,具有显著的双峰型季节变化特征,环流中心位置随季节东西移动。以6月为典型月份,本文利用一层简单模型及矢量场的经验正交函数分解方法,进一步分析发现,风应力旋度是影响西南黄海环流年际变化的主要因素,风应力负旋度越强,西南黄海环流越强。最后,本文初步建立了西南黄海环流与黄海浒苔分布年际变化之间的关系,由于西南黄海环流特殊的地理位置,在其中心位置偏西的年份,环流在一定程度上会限制浒苔的北向输运,造成堆积,给沿岸城市带来更严重的负面影响。