北黄海南部海域表层沉积物粒度和黏土矿物特征及其物源指示

通过分析北黄海南部海域138个站位的表层沉积物粒度和黏土矿物组成及其分布特征,探讨了不同区域沉积物来源及其控制因素。研究结果显示,研究区海域表层沉积物平均粒径为1.47Φ~6.56Φ,主要沉积物类型为砂质粉砂、粉砂和粉砂质砂。Pejrup三角图解显示,区内沉积动力整体较强,特别是成山头近岸的深水区。黏土矿物组成主要是伊利石(61.08%)和蒙脱石(19.78%),其次是绿泥石(10.92%)和高岭石(8.22%)。物源分析表明,北黄海南部海域表层沉积物主要来自黄河携带的陆源碎屑物质,对是否存在鸭绿江物源存疑。山东半岛沿岸流和冬季北上的黄海暖流为区内主要水动力来源,二者决定了沉积物的运移趋势,主导了研究区沉积物的空间分布。

冬春季黄海温度锋面的多时间尺度变化及主控因素分析

海洋锋面强度变化对陆源物质输运和全球物质循环有重要作用。冬春季节,中国东部陆架区西太平洋边界流分支与沿岸流之间形成了海洋温度锋。为探究冬季风暴和陆架环流双重影响下温度锋面的多时间尺度变化及主控因素,本文以黄海为研究区,分别在年代际尺度和天气尺度,利用信号分解和可解释深度学习方法,研究了低纬度驱动的环流系统和高纬度驱动的冬季风暴对锋面变化的耦合作用。在年代际尺度,通过使用经验正交函数分解和集合经验模态分解的方法,将北黄海的温度变化与黄海暖流强度相联系。研究结果表明,黄海的海表温度经验正交函数(EOF)分解第一模态的空间分布有明显的黄海暖流——沿岸流体系特征;海表温度EOF第一模态时间序列与黄海暖流强度指标的相关性良好,且受低频率厄尔尼诺‒南方涛动信号调控。在天气尺度,对卷积神经网络−长短时记忆网络(CNN-LSTM)模型进行训练并使用可解释性指标进行分析,结果发现无风或弱风条件下,海洋锋面主要由压力梯度力和科里奥利力的地转平衡维持;但在冬季风暴条件下,受开尔文波传播和切变锋破碎的影响,流场的低频波动成为导致锋面强度变化的主因。本文研究结果表明,大数据及机器学习方法是在众多海洋参数间建立联系,并发现一些独特物理海洋过程的重要手段,具有广阔的应用前景。

基于FVCOM多种定解条件的数值分析与评估

利用7套温盐初始场、5套开边界强迫场海洋数据产品与温盐流观测数据,基于有限体积海岸模型(Finite-Volume Coastal Ocean Model,FVCOM),开展数值模型的初始场敏感性试验与开边界敏感性试验,定义一个分叉角度指标描述黄海暖流分叉特征,利用小波分析和功率谱分析方法研究分叉角度的冬季季节内变率,进而分析冬季东中国海的流场结构,包括黑潮、台湾暖流、对马暖流等的路径、来源特征。结果表明:在渤、黄、东海中,使用涡解高精度海洋模型(OGCM for the Earth Simulator,OFES)的再分析数据作为温盐初始场,以及使用简单海洋数据同化资料(Simple Ocean Data Assimilation,SODA)作为开边界强迫场时,温盐流与观测值综合偏差最小,FVCOM的冬季数值结果最可靠;使用分叉角度指标可以直观地描述冬季黄海暖流的消退变化,受风场影响,分叉角度存在3 d、5~8 d的强周期变化。

根据AVHRRSST探讨中国北部海域冬季环流演变

收集了中国东部陆架海北部2000年8月至2001年12月的NOAA/AVHRR数据,通过SST换算,对北黄海和渤海的温度场分布以及冬季流场的月变化进行了分析。黄海暖流进入渤海后的余脉分成两个分支:向西的渤海中心支和向北的辽东湾支。渤海中心支向西运行有两个分叉:辽东湾叉和渤海湾叉。冬季黄海暖流较强,由于北风或东北风的影响,渤海中心支和辽东湾支经历了同存—消弱—加强—同存等阶段。辽东湾南下沿岸流增强,渤海中心支暖流减弱,黄海沿岸流随之增强。这些暖流和沿岸流构成了渤海的四个环流。在黄海,黄海暖流与黄海沿岸流、辽南沿岸流、西朝鲜沿岸流组成了三个环流。

南黄海表层沉积物粒度特征季节变化及其影响因素

通过对南黄海春季和秋季27个相同站位表层沉积物的粒度分析,并结合水文观测资料,研究了南黄海表层沉积物粒度的季节变化,参考文献资料初步讨论了粒度变化的影响因素。研究结果显示,按照Folk分类,南黄海表层沉积物可以分为粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂和泥四种类型。秋季与春季相比,总体上砂和粉砂的含量增加,黏土含量降低,相应地平均粒径相对变粗,分选系数和峰态的变化较小,而偏态表现为更加正偏。季节性变化还表现出明显的区域差异,主要是受环流系统、河流来沙及波浪的季节性变化的影响。

冬季青岛-石岛近海中尺度涡旋数值模拟

利用二维全流水动力方程组 ,在考虑了海面风应力、潮余流和开边界入流等条件下 ,首次模拟出了石岛附近的中尺度反气旋式涡旋海水运动 ,并对南黄海西部冬季环流的特征作了初步探讨。数值模拟结果和实测吻合良好 ,数值模拟表明 :冬季南黄海西部环流形式主要决定因子是海面风应力、潮余流及从开边界的流入 (出 )该海域的黄海暖流及黄海沿岸流。黄海暖流在偏北风作用下沿西北方向可直达山东半岛近岸 ,后分为两支 :一支向南汇入黄海沿岸流流出 ,另一支北上并与黄海沿岸流相配合 ,在石岛附近形成一个中尺度反气旋式涡旋。

黄海西部沿岸流系特征分析及其对物质输运的影响

黄海西部沿岸是我国人类活动和海洋经济开发较为集中的地带,陆地和海洋相互作用较为强烈,其特殊的地形和所处的独特地理位置,使得该海域的环流复杂多变,沿岸海域各水团与陆架锋以及长江口东北部的锋面一起构成了黄海西部特有的环流体系和背景场,对该海域的物质输运和扩散、海水运动以及海洋生物地球化学过程产生影响,并制约着沿岸海域对污染物的净化能力。在总结前人研究成果的基础上,较为系统地分析总结了黄海西部沿岸各流系或水团的配置、特性及其与传统上认定的黄海西部沿岸流主体的关系,在鲁南沿岸的流场布局、夏季江苏外海沿岸区域存在北向流等方面获得了一些新的认识,并阐述了各沿岸流系对物质输运的影响,分析了台湾暖流北上在物质输运中的作用。针对当前黄海西部沿岸流系定量研究中的不足,指出应通过建立沿岸流观测系统、采取新的技术手段和调查方式并利用相关数据挖掘技术分析现场调查和卫星遥感数据,提取出各水团及锋面的环境要素特征值,以此为基础模式,开展各沿岸流系的划分方法研究,判定陆架锋与黄海西部沿岸流的依存关系,建立沿岸流物质输运影响的评价方法,定量评估沿岸流物质输运扩散对近岸海洋环境的影响以及在物质收支循环中的作用,揭示黄海沿岸的自净能力与沿岸流物质输运的关系,为该区域海洋生态环境保护提供科学依据。

南黄海悬浮体的垂直分布特性及其指示意义

重点研究了南黄海典型断面的悬浮体垂直分布特性及其指示意义。结果表明:四季南海黄海北部断面悬浮体分布的共同特征是西高东低,冬、春季鲁北沿岸流携带悬浮体向南输运和黄海暖流北上是南黄海与北黄海进行物质交换的重要方式和途径;夏半年南黄海中部断面深水域存在的表层云团状悬浮体高值区或"中层悬浮体最大值"现象与该海域的生物活动具有密切的联系;冬、春季苏北浅滩外侧海域近岸区的悬浮体含量显著高于夏、秋季,且冬半年近岸区的悬浮体具有向外海输运的趋势;长江口东北部断面各季节均存在2个悬浮体高值区,其中位于断面西部近岸海域的高值区与长江冲淡水(夏季)或苏北沿岸水(冬季)的影响有关,位于断面东部深水域处的悬浮体高值区是黄海西部沿岸流物质输运的结果,并与济州岛西南部海域的泥质区总体相对应,黄海与东海的物质交换过程主要通过夏季长江冲淡水东北向扩展与冬半年黄海西部沿岸流南下和黄海暖流北上进行。另外,水体层化和陆架锋也显著影响着南黄海悬浮体的垂直分布状况,锋面是控制夏季悬浮体向外海深水区输运的主要物理机制。