基于南海温盐流数值产品的南海气候态温跃层、温度锋和中尺度涡评估

基于区域海洋模式(ROMS)构建了一套覆盖南海区域40a涡分辨率的逐时温盐流数值产品OCEAN_SCS,并利用独立观测资料和前人的研究成果对比评估了OCEAN_SCS数据集对南海温跃层、温度锋和中尺度涡的模拟效果。评估结果表明:OCEAN_SCS数据集总体上对南海温跃层、温度锋和中尺度涡的模拟效果较好,与前人的研究成果和混合坐标海洋模型(HYCOM)再分析数据产品的计算结果也较为相符,仅在中尺度涡数量、生命周期长度、半径和海表涡动能的模拟上与观测稍有偏差,这也是目前数值模式在模拟中尺度涡方面的瓶颈。研究结果表明OCEAN_SCS数据集能够为进一步研究南海温跃层、温度锋和中尺度涡的生消变化规律等提供数据支撑,可用于更全面地研究南海的海洋环境特征,服务于南海海洋环境保障工作。

台湾海峡及其邻近海域海面温度锋的卫星遥感观测

使用1989-2001年的NOAA AVHRR图像，研究了我国台湾海峡及其邻近海域的海面温度锋．卫星遥感观测表明，该海域海面温度锋终年存在，锋面沿50～100m等深线分布，西段呈西南西一东北东走向，东段以舌状向北突出，长约470km．给出了该海域海面温度锋的多年月平均、季平均和年平均特征值．统计结果显示，锋的平均强度、平均最大强度和平均宽度分别为0．147，0．281℃／km和15．15km．锋的各种特征存在明显的季节和年际变化．锋的不稳定性普遍存在，沿锋面常形成半环状的锋波，使锋面呈半环状波动分布．锋波形成的时间尺度约为1～7d，锋的波长约为35～133km，年平均波长为63km，波幅为25-70km．锋面的波动向北东北方向传播，并存在锋面整体向北东北的平移现象．

北部湾温度锋的季节与年际变化

采用8a(1991—1998)的卫星遥感海水表面温度资料(AVHRR SST)对北部湾温度锋的季节变化与年际变化规律进行了探讨。北部湾海区温度锋的季节态强弱趋势为春季最强,夏季、冬季次之,秋季最弱。在年际时间尺度上,温度锋强度与SST距平(SSTA)存在响应关系,表现在:1)SST正距平对应较弱的锋面产生,负距平对应较强的锋面产生,这种相关性在冬季表现得最为明显;2)锋面的强弱与SSTA绝对值存在正相关关系,即SSTA变化越大,锋面越强。在冬季,温度锋强度与海面风经向分量相关,在偏北风异常情况下,锋面较强;反之,锋面较弱。

利用卫星遥感资料对南海北部陆架海洋表层温度锋的分析

利用 7年 (1993～ 1999)月平均的 SST卫星遥感资料 ,分析了南海北部陆架区域海洋表层温度锋在一年中的逐月变化特征 ,表明南海北部陆架海洋表层温度锋存在明显的季节内变化。结合风场的卫星遥感资料 ,分析了东北季风对南海北部陆架温度锋的影响 ,表明东北季风风速的增加有利于温度锋强度的增强。通过对黑潮南海流套入侵较强的 1999年 2月与流套入侵较弱的1998年 2月的 SST卫星遥感资料的对比分析 ,考察了黑潮南海流套的入侵对南海北部陆架温度锋的影响 ,结果表明黑潮流套的较强入侵能够增加陆架温度锋的强度 ,对温度锋的走向也会产生一定的影响。

南海温度锋的分布特征及季节变化

利用50a(1950—2007年)的SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据分析了南海上层温度锋分布特征以及季节变化规律。结果表明:受季风、太阳辐照以及诸多因素影响,温度锋季节变化明显,锋面结构复杂。冬季,温度锋基本沿陆架分布,存在于南海北部海区,从台湾海峡一直延伸到北部湾,发育比较显著;春季,主要出现在南海北部海区、北部湾、越南东部海岸,分布比较广泛;夏季温度锋出现概率增加,出现区域扩大,越南东部出现大面积温度锋;秋季南海中西部海域存在大面积的温度锋。

边缘检测在中国东部海域海表温度锋中的应用研究

针对海表温度锋的模糊边缘特点,首先利用詹森香农散度,借助4个方向,5×5大小的结构元素,对2009年、2010年中国东部海域海表温度(SST)卫星遥感数据进行处理,得到锋面的可能发生区,然后引入模糊蕴涵算子,对图像进行模糊变换,最后使用边缘检测方法提取锋面可能发生区内存在的温度锋。检测结果表明:在中国东部海域存在3个主要的锋面,各锋面的空间分布和强度均存在明显的季节变化,大致呈现冬春强,夏秋弱的趋势。

基于MGIS与MODIS SST数据的黑潮海表温度锋特征分析

本文利用我国自主研发的海洋地理信息系统软件MaXplorer,以黑潮为例,阐述了基于过程的海洋形态特征提取方法,利用VC++,对MODIS水星SST时间序列数据进行海表温度锋抽取,并分析了2003年东海黑潮表层温度锋位置的季节性变迁。结果表明,东海黑潮表层温度锋位置的季节性变化不大,只是在台湾东北部海域和北纬30°附近海域季节性变化比较活跃,由于夏季东海表层水温比较均匀,基本保持在28℃以上,温度锋位置难以确定。其他3个季节温度锋的位置由于受海底地形的影响,基本保持在200m等深线附近的陆坡区,而在台湾岛东北部有一个明显的先是气旋,后是反气旋的弯曲,冬季的温度锋位置相对稍偏东,秋季的温度锋路线比较曲折。

西北太平洋公海秋刀鱼渔场分布与海表温度锋的相关关系

西北太平洋公海秋刀鱼渔业是我国重要的经济渔业之一,其渔场分布与海表温度及温度变化息息相关。本研究通过海表温度(SST)的遥感数据计算海表水平温度梯度(SSTG),根据2013—2015年中国(不含中国台湾省)北太平洋公海秋刀鱼渔业生产数据,分析海表温度锋与秋刀鱼资源丰度和渔场时空分布的关系。结果显示,秋刀鱼作业渔场主要分布于37°～49°N,145°～165°E;SST为10～14°C时,单位捕捞渔获量(CPUE)与SST呈负相关,SST为14～17°C时呈正相关,最适宜SST为12.5～14.5°C。当SSTG为0.01～0.06°C/km时,CPUE与SSTG呈显著线性正相关,最适宜SSTG为0.01～0.05°C/km。作业海域温度锋与CPUE呈显著正相关,相关系数为0.81;CPUE作业点到锋面的距离(DIST)表现出明显的季节特征,在夏季6—8月,当DIST为0～100 km范围内时,CPUE与DIST呈线性正相关,在秋季9—11月,CPUE与DIST呈对数负相关,90%以上的作业点出现在DIST为0～50 km范围内。研究表明,海表温度影响着秋刀鱼洄游渔场分布,亲潮黑潮交汇区形成冷水楔,海表温度锋集聚,进而秋刀鱼鱼群集群,形成高产渔场。

东海温度锋的分布特征及其季节变异

根据1934－1988年东海水文观测资料，重点分析东海温度锋的分布特征及其季节变异。并结合近期中日黑潮合作调查研究成果，初步探讨温度锋季节变异和水团演变的关系。所得主要结论是：（1）东海不仅常年存在浙闽沿岸锋、东海北部陆架锋和黑潮锋，而且，春、夏两季，在东海南部还出现一条东海中部陆架锋。（2）东海温度锋季节变化的显著特点是：冬季，锋的宽度和强度皆是表层最强；夏季，表层温度锋仅出现在渐北近岸小范围海域。但底层温度锋的强度却是一年中最大的。（3）东海诸温度锋中，黑潮锋的位置最稳定，且强度最弱。（4）东海诸水团中，陆架混合水对东海温度锋的分布和变化起着核心控制作用。

中国近海温度锋时空分布特征及验证

海洋锋对海洋生物资源的分布和水声传播规律都存在显著影响，综合分析中国近海海洋锋时空分布特征是海洋锋研究领域必不可少的工作。首先回顾中国近海温度锋的研究进展，然后对渤海、黄海、东海和南海东北部海域温度锋的时空分布特征做系统的总结。在此基础上，利用2006—2012共7年的OSTIA海面温度融合数据分别对渤海、黄海、东海和南海东北部海洋温度锋的出现频率进行统计，对海表温度锋的时空分布特征进行系统的分析验证。

基于WOA13数据的赤道大西洋海区温度锋的时空分布特征分析

基于WOA13多年的气候态数据,研究了赤道大西洋海区南北两个温度锋面及其锋强的时空分布特征:北部锋主要存在于夏秋两季,夏季锋强度最大,锋面分布在0~200 m水深;南部锋全年都有存在,春季锋强最大,锋面分布于0~250 m水深。对比两个锋面处的声速剖面,能明显看出在北部锋存在海域,锋强大的夏秋两季与锋强小的冬春两季对声速剖面影响不同,而南部锋在锋面存在深度,声速在各季随深度的变化较一致。

基于直方图分析和Jensen-Shannon散度的海表温度锋检测

海洋锋是海洋中的重要现象之一,通常可以利用锋面检测算法在遥感图像中进行提取。针对在海洋遥感图像质量较低、噪声较多的情况下梯度较小而尺度较大的海表面温度锋提取效果不佳的问题,对基于Jensen-Shannon散度的锋面提取方法进行了改进。具体改进是在计算图像散度时先进行直方图分析,即根据水温分布中的极小值对水温数据进行重新分组,然后使用新生成的水温分布来计算散度,另外还使用了Canny算法中的非极大值抑制对散度图中的锋面进行了细化。实验结果表明,改进后的方法提取出的锋面与使用梯度幅值表示的锋面基本吻合,同时比原方法更适合用于提取受噪声影响较多的水温图像中的大尺度锋面。

利用诺阿卫星红外信息对东海黑潮表层温度锋的解译

我国开始接收高分辨力的气象卫星图象以来，作者曾对东海及其毗邻海区的卫片进行了分析与研究。现选用了具有季节性代表与有关季节的连续性图象，并对其进行处理、甄别、数理分析与佐证。获得了东海黑潮逐年典型月份表层温度锋解译图与表层温度场模式数据。

赤道东太平洋温度锋附近的混沌输运与混合

运用 Mc Creary和 Yu(1992 )的非线性 2 12 层模式的积分流场 ,研究了混沌混合与输运对海水及要素浓度的输运和混合问题。模式结果显示混沌混合区主要分布于赤道东太平洋不稳定区及东、西边界附近 ,中西太平洋的大部分区域为非混沌区。释放在混沌区内的示踪团随时间的弥散过程要较非混沌区内的示踪团复杂的多。因多模态不稳定波动的共同作用 ,尤其是在赤道上经向运动最强的 Yanai波的加入 ,使得赤道不稳定区的流体以混沌混合的方式均匀地弥散开 ,趋向于粗粒 (coarse- grained)意义下的均匀化。并有大量释放于赤道东太平洋不稳定区的示踪质点越过赤道进入对面半球。背景辐散流的加入能将部分示踪点输送出混合区使其不加入均匀化过程 ,故最后混入另一半球的质点数少于半数。过赤道交换速率则主要由混沌混合的强度有关。

索马里东岸温度锋季节分布特征分析

基于50 a的SODA的温度数据,利用绝对梯度分析法求出锋面的概率分布,对索马里东岸的温度锋面的分布特征进行了分析。此外利用WOA13的温盐数据,对锋区出现概率较大海区的声速剖面进行了分析。结果表明:温度锋面在浅水处的概率分布与深水处存在异同,锋面主要集中分布在6—10月、6°~10°N沿岸附近,通过研究SODA海流数据,发现锋面分布概率较大的海域有着明显的上升流。利用EOF分析,发现温度锋面的年际变化并不强,主要是年内的季节变化较为明显。声速剖面在有无锋面存在的位置处存在明显差异,上升流带来的底层冷水导致声速要明显小于其他区域,锋面同一位置处,由于夏季锋强最大,锋区的声速也明显小于其他季节。

海洋温度锋区后向散射系数仿真与特性研究

海洋温度锋在海洋中普遍存在,其明显特征为海水温度梯度较大,引起锋区海气温差变化,产生大气在锋区的局部环流,造成风场变化.基于海气温差造成的大气不稳定建立了摩擦风速模型,分析了海气温差对摩擦风速的影响.同时以摩擦风速为中间变量,基于主动微波遥感经典Bragg后向散射系数模型,采用EH海浪谱,实现了对海洋温度锋区后向散射系数σ0的仿真,并讨论了波段、极化方式、风速及大气稳定度条件对温度锋区σ0的影响.仿真结果表明:VV极化、较大频率、锋区两侧大气稳定度不同对海洋锋探测最为有利.海洋锋区σ0的仿真实现,有利于更好地模拟海洋锋在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)中的成像仿真,同时为主动雷达遥感探测海洋锋奠定了理论基础.

黑潮大弯曲内(左)侧的温度锋

本文按多年平均,强型大弯曲和弱型大弯曲三种情况,分别对黑潮大弯曲内(左)侧的温度锋作了探讨.主要结果:(1)日本以南海域黑潮流轴内侧存在着明显的呈带状分布的温度锋.当黑潮发生大弯曲时,温度锋也出现 U 字型弯曲.锋宽10～20n mile,强度0.1～0.2℃/n mile,锋长285～442n mile.该锋随黑潮流轴的摆动而产生变异,季节性差异明显.(2)强型大弯曲和弱型大弯曲期间,温度锋的位置明显不同:前者位置偏南、偏西;后者偏北、偏东.(3)温度锋大致位于50～500m 水层内.冬季,温度锋下沉,其余三季上浮.随着深度的增加,锋面有明显的向右(南)倾斜移动现象。

琼东和粤西海表温度锋的季节与年际变化特征分析

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。

冬季黑潮延伸体区域海表温度锋对北太平洋风暴轴的影响

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和NCEP/NCAR的逐日大气再分析资料,分析了冬季黑潮延伸体区域海表温度锋的变化及其对北太平洋风暴轴的影响。结果表明,冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和纬度位置既存在年际变化,也存在年代际变化,且强度和位置的变化是相互独立的。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度的年际变化对北太平洋风暴轴没有显著的影响,而其年代际变化则对北太平洋风暴轴具有非常显著的影响,当冬季海表温度锋偏强时,大气斜压性在鄂霍次克海及阿拉斯加附近区域上空增强,而在海表温度锋下游至东太平洋区域上空显著减弱,平均有效位能向涡动有效位能的斜压能量转换在45°N以北的太平洋区域上空有所增多,而在30°—45°N的太平洋区域上空有所减少,涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换在35°N以北的西太平洋区域以及45°N以北的东太平洋区域都显著增加,而仅在其南部边缘存在东西带状的减弱区域,导致40°N以北海区北太平洋风暴轴增强,40°N以南海区北太平洋风暴轴减弱,冬季海表温度锋偏弱时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋纬度位置的变化对北太平洋风暴轴也存在较显著的影响,当海表温度锋位置偏北时,在其下游45°N以南的太平洋区域上空大气斜压性减弱,45°N以南的中东太平洋区域上空区域平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都减少;而在45°N以北的太平洋区域上空大气斜压性增强,在阿拉斯加湾附近上空尤其显著,在黑潮延伸体区域附近以及45°N以北的中东太平洋上空平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都显著增加,导致北太平洋风暴轴在其气候平均态轴线两侧呈现北正南负的偶极子形态;海表温度锋位置偏南时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和位置的变化均对北太平洋风暴轴具有显著的影响,其具体的物理机制还需要进一步的研究。

基于WOA13数据的东海黑潮主轴温度锋特征分析

利用WOA13（1955-2012年）月平均数据提取东海黑潮主轴温度锋信息,并结合海表面温度、PN断面温度结构的季节变化特征,研究东海黑潮主轴温度在垂直方向和水平方向的季节变化,探讨黑潮主轴温度锋季节变化特征,为开展黑潮相关研究提供基础。结果表明WOA13数据对东海黑潮主轴温度锋信息的提取具有较好的效果;在PN断面上,冬、春季节的流核结构最为明显;在130~170 m深度上,东海黑潮主轴温度锋具有明显的季节变化特征,并且可以明显看到黑潮大弯曲的存在;温度锋在150 m上下的深度对黑潮路径的表征较为合理。