基于卫星测高交叉点的海洋表面地转流速度

在流体静力平衡状态下,海洋Coriolis力和压力梯度平衡就形成地转流,世界上大多数海流都近似为地转流.本文利用卫星测高交叉点方法计算海洋表面地转流速度,分析了利用测高交叉点计算地转流速度的不确定性,上升和下降弧段的海面倾斜在分辨率50km上可以达到10^(-7)量级,才可能获得优于10cm/s的地转流速度.在低纬度或者纬度接近卫星轨道倾角的地区,由交叉点方法计算的地转流速度精度低于中纬度地区.以中国台湾东部黑潮为试验区,利用最新的中国台湾周边海域大地水准面模型参考场计算高精度的大地水准面高,利用TOPEX/Poseidon和Jason-1的GDR数据(2002～2005年)计算海面高,然后计算交叉点的动力高,确定交叉点的地转流速度,结果与中国台湾NCOR(National Center for Ocean Research)的流速基本一致.

东海黑潮地转流计算中的零流面选取问题

零流面的选取是东海黑潮地转流计算中的一个基本问题。通过对东海黑潮主流段PN断面上选取不同零流面时地转流计算结果的比较分析,考虑了东海黑潮的主要特征因子,确定了计算零流面的选取标准和选择结果。结果表明,为使计算结果可以反映实际的流速剖面结构,当水深大于700 m和小于700 m时可分别选取700 m层和底边界作为地转流动力计算零流面。

IGGGRACE01S模型确定的海面地形和地转流

用IGGGRACE01S、EIGENGRACE02S和EGM96地球重力场模型的前80阶分别计算出全球大地水准面,再与多颗测高卫星资料得到的平均海面高模型KMS04差分,构制出3种海面地形,并计算出相应的地转流。与Williams绘制的全球主要海流结果相比,不难看出,重力场模型IGGGRACE01S、EIGENGRACE02S的结果能清晰地显示出大尺度海洋地转流,而EGM96模型结果在赤道地带不明显。上述结果不仅显示了GRACE地球重力场模型IGGGRACE01S和EIGENGRACE02S具有较高精度探测地转流的能力,而且也表明了它们的长波精度优于EGM96模型,从应用角度展示了GRACE结果的有效性。

利用GOCE重力场模型确定全球稳态海面地形及表层地转流

稳态海面地形(MDT)是大地测量学家和海洋学家共同关心的一个重要物理量。该文基于WHU2009全球平均海面高模型和GO_CONS_GCF_2_TIM_R3纯GOCE重力场模型,采用几何法经高斯滤波处理后确定了全球稳态海面地形,与CLS09及DTU10MDTs相比,其差值均方根RMS均小于8cm,表明该文结果具有较高的精度;根据地转流方程计算了相应的表层地转流,与GRACE重力场模型GGM03S结果相比,GOCE重力场模型所确定的表层地转流在墨西哥湾流、黑潮及厄加勒斯海流等海域均体现了更强的流速和更多的细部特征,验证了GOCE在洋流探测中的优势。

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究I:冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型 ,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题。冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。当冷锋位于迎风坡时 ,其坡度减小 ,位于背风坡时 ,其坡度增大。在静止冷锋存在两类不同的环流系 ,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。静止冷锋位于背风坡 ,其冷域中的这支闭合环流增强 ,范围增大 ,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移 ,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大。当静止冷锋位于迎风坡时 ,结果相反。冷锋移动较慢时 ,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。当静止冷锋移离地形时 ,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用 ,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现。由于边界层摩擦的辐合作用 ,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带 ,当冷锋位于迎风坡时 ,其强度增强 ,当冷锋位于背风坡时 ,其强度减弱。当冷锋位于背风坡时 ,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大 。

联合卫星重力和卫星测高数据研究中国近海上层地转流

利用卫星测高技术获取的海面异常,结合卫星重力资料得到的稳态海面地形,研究了中国近海多年平均上层地转流及南海冬夏典型季风期表层地转流的变化特征。结果表明,黑潮对我国近海环流影响明显,南海上层地转流呈显著的季节性变化。冬季南海的整体环流呈气旋状,南部和北部各有一个次海盆气旋式环流;夏季南海的总环流呈反气旋型。与卫星跟踪漂流浮标观测结果比对,发现两者基本一致。

南极普里兹湾73°E断面地转流及水文特征分析

在整理历次中国南极考察在普里兹湾及附近海域水文观测数据的基础上,选取第15、16、18、21、25、26和27次科学考察即1998-12-1999-01,2000-01,2002-01-02,2004-12,2009-02,2009-12和2011-01获得的普里兹湾及附近海域73°E断面CTD调查资料,采用动力计算方法计算了73°E断面上各年份的纬向地转流,并进行了通过断面的纬向地转体积通量和热通量的计算;结合多年温、盐分布情况分析了陆架上层水北扩、绕极深层水涌升以及陆缘水边界等断面典型水文现象的时空变化特征。结果表明,73°E断面上的纬向地转流呈相间带状分布,在65°48′S和68°00′S附近存在两个流切变;陆架区(66°30′S以南)最大东向流速多年变化范围为4.0～9.3cm·s-1,最大西向流速多年变化范围为1.0～3.2cm·s-1;海盆区(62°00′～66°30′S)最大东向流速多年变化范围为4.0～6.5cm·s-1,最大西向流速多年变化范围为0.2～3.8cm·s-1;断面上62°00′S以南纬向总体积和热量输运均为东向输运,多年年平均体积通量和热量通量分别为1.52×107 m3·s-1和1.64×1016 W,其中海盆区为1.47×107 m3·s-1和1.60×1016 W,陆架区为0.50×106 m3·s-1和4.00×1014 W。陆架上层水的多年北向扩展范围在62°54′～65°12′S之间变化,其中在初夏考察航次期间,扩展程度最大,最北可扩展到62°54′S;陆缘水边界的多年经向变化范围在63°00′36″～65°07′12″S之间,在初夏航次北移最大,最北移至63°00′S;在7次考察期间有5次绕极深层水扩展至陆架。陆架上层水北扩和绕极深层水涌升的时空变化直接影响到陆缘水边界强度和位置的变化。

吕宋海峡海面涡度场与地转流场的特征分类

基于AVISO卫星高度计数据计算得到的地转流场,利用SOM神经网络对吕宋海峡海面涡度场与地转流场进行特征分析,研究吕宋海峡上层流场的变化特征。结果表明:在SOM 2×2的网络结构实验中,4个分类结果的空间形态类似于气候态的季节分布形式,其中冬季型可以由11月延续至次年3月,夏季型在5月至9月都会存在。时间序列显示分类结果存在年际变化信号,其中在ENSO较强的年份,季节变化信号明显。SOM 3×4网络结构的结果显示,12个分类结果可以分为4类,即冬季型、春季型、夏季型、秋季型。每种类型内的分类图形形态存在差别;在时间上,分类图形存在连续性,并集中出现在某个月份。时间序列显示季节变化信号与年际变化信号同时存在。

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究Ⅱ:暖锋、均匀地转流

利用一个有地形、边界层摩擦作用、简化的二层浅水锋面模型，在理论上研究了地形上空边界层流动中地面暖锋的结构及环流分布特征问题。暖锋的坡度主要取决于其暖域地转流、锋面移速，它随锋面移速增大而减小，这与冷锋特征相反。地形对暖锋坡度的影响作用较小。与无地形作用时相比，静止性暖锋冷域中，位于锋面界面附近的闭合正环流系，当暖锋位于地形上游，其伸展范围增大；当暖锋位于迎风坡时，其伸展范围缩小，中心位置上抬；锋面移至背风坡时，其伸展范围重新增大。对于冷域中远离地面暖锋的另一支正环流系来说，当暖锋位于地形上游或迎风坡时，它可被地形完全阻塞于背风侧，地形高度越高，地形阻塞作用越大。在暖锋锋区附近主要存在三支垂直上升运动带：（a）由于边界层摩擦辐合作用，导致在地面暖锋后缘暖区中形成一支水平尺度较小、强度较大的垂直运动带，它随着暖锋移速增大而减弱。该垂直运动带，当暖锋位于地形迎风侧，强度增加；暖锋位于地形背风侧，其强度减弱。（b）在锋区暖域沿锋面存在均匀的上升运动，（c）在冷域远离地面暖锋处，存在一支水平范围较宽，其中心位于边界层顶部附近的垂直运动带，当暖锋位于迎风坡时，这支垂直运动带可被地形阻塞于地形背风侧。

太平洋东南海域表层地转流场的季节及年际变化特征

利用1992-2001年Topex／Poseidon卫星高度计遥感资料分析了太平洋东南海域（5°～55°S，70°～120°W）表层流场的季节及年际变化特征。结果表明，南赤道流的季节变化主要体现在流速上，而秘鲁海流和西风漂流主要体现在流轴位置的移动上。表层流场的年际变化受E1 Nino影响，在E1 Nino期间，南赤道流和秘鲁海流均发生流向偏转现象，大部分海区流场被削弱（除低纬度海区外），而在其后的1998年La Nina期间，流场则重新被加强，西风漂流无明显的年际变化。

利用卫星测高与卫星重力数据进行中国近海上层地转流速度分析

利用卫星测高技术获取的海面高、卫星重力数据以及最新的Argo漂流速度数据确定我国海域稳态海面地形,研究分析中国近海上层地转流的变化特征。结果表明,中国近海地转流沿x方向分量流速范围为0.1～1.6m/s,其误差在±0.97m/s以内;沿y方向分量流速范围是0.1～1.70 m/s,最大误差为±0.66 m/s。

西北太平洋ENSO年地转流特征分析

本文利用WOA01(The World Ocean Atlas 2001)提供的多年平均1/4°×1/4°全球温、盐数据,根据地转方程,计算了20°S～70°N,100°～180°E西北太平洋区域的基态动力高度;利用AVIOSO(CNES)提供的Topex/Poseidon卫星高度计数据,计算并分析了ENSO现象较为明显的1997年西北太平洋动力高度及地转流的分布与变化情况。

利用卫星测高、GRACE 和 GOCE 资料估计全球海洋表面地转流

重力恢复和气候试验 GRACE（gravity recovery and climate experiment）卫星极大地提高了地球重力场的精度和分辨率，特别是中长波分量，联合卫星测高数据可获得全球海洋表面大尺度洋流循环。另外，新一代地球重力和海洋环流探测卫星 GOCE（gravity field and steady-state ocean circulation explorer）于2009年3月成功发射，采用卫星重力梯度测量原理，对重力场的高频部分非常敏感，使其高分辨率监测全球海洋循环成为可能。本文利用1～7年 GRACE 观测数据确定的重力场模型和18个月 GOCE 观测数据确定的地球重力场模型 GO CONS GCF 2 TIM R3，联合卫星测高确定的平均海面高模型 MSS CNES CLS 11，分别估计全球海洋表面地转流，并且与实测浮标数据结果进行比较。分析表明 GOCE 重力卫星确定的重力场模型具有更高的空间分辨率，能够确定高精度和高空间分辨率的全球海洋地转流，如墨西哥湾暖流的细节和特征，并且与实测浮标结果基本一致。而基于1～4年 GRACE 观测资料的模型不能很好估计全球地转流特征，基于7年 GRACE 观测资料的重力场模型 ITG-Grace2010s 确定的全球地转流的精度仍低于18个月 GOCE 观测数据确定的地球重力场模型 GO CONS GCF 2 TIM R3的结果，估计的全球地转流仍含有较大的噪声，不能很好地反应中小尺度地转流细节特征。并计算 ITG Grace2010s 和 GOCE TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的内符合精度，结果显示，在全球范围内，GOCE TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的精度都比 ITG Grace2010s 结果的精度有着很大的改善，其中 ITG Grace2010s 的稳态海面地形的精度为21．6 cm，而 GOCE TIM3的结果则为7．45 cm，ITG Grace2010s 的全球平均地转流的精度为40．7 cm/s，而 GOCE TIM3的结果则为19．6 cm/s。

纬向对称准地转流的非线性稳定性定理(英文)

建立了周期域上准地转流在一般的边界条件下对应于 Arnold第二定理的非线性稳定性定理 .将扰动能量与扰动拟能的上界用初始扰动场的显式表示出来 ,从而建立了 L

二维大气中定常广义地转流的稳定性分析

本文归纳总结了在绝热、无耗散对称二维大气中定常广义地转流稳定性分析中的扰动方程组的基本特征，并将其概括为具有这类问题共同基本特征的统一形式的扰动方程组的定解问题。在此基础上，统一地证明了：１）由统一的扰动方程组所确定的定解问题的解是存在唯一的；２）基态的性质是由Λｍｉｎ（Ｇ）的性质决定的：ａ．当Λｍｉｎ（Ｇ）＞０时，基态是稳定的；ｂ．当Λｍｉｎ（Ｇ）＜０时，基态是不稳定的。３）基态的全局稳定性质可以通过局部稳定性分析来确定；４）合理的。

海表温度与地转流融合的黑潮斜压性锋检测方法

由黑潮形成的海洋锋斜压性强,对海洋中的声传播带来极大影响,从而对各种依赖声学性质的海洋探测设备的使用造成极大影响,确定黑潮斜压性锋的位置和强度对海洋渔业和军事应用具有重要的意义。通过对海表温度梯度数据和地转流数据的分析,将海表温度梯度与地转流进行融合,从而检测黑潮流边缘的大温度梯度海洋锋。通过对实际数据的试验,说明了融合算法的原理、算法步骤和黑潮斜压性锋检测结果。试验数据表明,文中提出的融合算法能够很好地检测黑潮斜压性锋位置,同时提取其强度,与采用海面温度或地转流数据单一数据源检测相比,文中所述的方法检测位置准确,虚警率低,与文献报道的黑潮位置更为吻合。

用GEOSAT卫星高度计资料估计热带西太平洋赤道纬向地转流

卫星高度计资料在海洋动力学中的应用主要是进行海平面及海流变化的研究。在物理海洋学中,海流速度的测定是非常重要的,所以用高度计资料推算地转流有着重要意义。本文用2年多的GEOSAT卫星高度计资料,根据地转平衡方程,计算了赤道165°E的纬向地转流速度,并且将推算值与实测资料进行了比较,其相关系数为0.85,达到了令人满意的结果。实践证明只要对高度计资料的质量控制、误差订正等处理方法得当,滤波方法及尺度选择合理,用高度计资料推算赤道纬向地转流是可靠、有效的。

二维准地转流的非线性稳定性及扰动发展

研究有界周期带域中的纬向对称二维一层准地转流,得到了现有最好的非线性稳定性定理,对于Benzi模型,其结果与线性稳定性定理一致,并且建立了关于扰动能量。

纬向对称的连续层结准地转流的非线性稳定性

利用动量守恒律及精细的先验估计改进了Poincare不等式,从而改进了周期带域上的纬向对称连续层结准地转流对应于Arnold第二定理的非线性稳定性定理。作为其应用,得到改进了的广义Eady模型的非线性稳定性判据。

1993年冬季所罗门群岛─关岛断面地转流的初步分析

根据1993年1─2月“实验3”号考察船在霍尼亚拉港（瓜达尔卡纳尔岛）至关岛的断面观测的温、盐度资料，分析了该断面上的地转流结构，计算了南赤道流及北赤道逆流的地转流流速和流量。结果表明：在纬线方向上E向流与W向流呈带状分布，在垂向上也多为E向流与W向流交替出现。在南赤道流和北赤道逆流中都夹有与主流向相反的流动，它们的流量分别约占主流向流量的1／3和1／5。文章还将分析计算结果与手头掌握的文献报道的结果作了比较。