海南岛周边海域台风风暴潮-海浪耦合作用机理研究

本文使用ADCIRC+SWAN耦合模式,针对海南岛特殊地形,建立了基于非结构网格的高分辨率风暴潮-海浪耦合模型。针对在海南省造成严重风暴潮灾害的0518号台风“达维”,开展台风期间风暴潮-海浪耦合与非耦合数值模拟实验,探讨了水位、流场对波浪的影响和台风特征参数对海南岛台风风暴潮与波浪耦合效应的影响。结果表明:(1)水位影响在近岸浅水区主要表现为使台风浪的有效波高增加;(2)当风向、流向与平均波向之间夹角为锐角时,流场作用使有效波高降低,当流向与平均波向之间夹角为钝角时,流场作用使有效波高增大;(3)波浪耦合效应对风暴潮的影响是不可忽视的,贡献率约在14.2%;(4)当台风强度达到55 m/s或台风尺度达到50 km,波浪增水效应基本达到饱和。本文的研究对台风风暴潮高质量数值模拟预警及保障沿海地区生产生活有重要意义。

基于潜标观测的南海北部陆架海域内潮时空变化特征

为加深对南海北部陆架区域内潮特征的了解,本文利用位于南海北部陆架海域的2套潜标观测资料,研究了南海北部油气区内潮的时空变化特征。通过提取斜压流速并滤波后发现,LF2站位内潮较强,内潮最大流速为8.32 cm·s^(-1),出现在水下290 m深度处。小波分析和能量诊断结果显示,上述2个潜标观测到的半日内潮能量比全日内潮能量整体上小1~2个数量级。LF2站位处全日内潮以第二模态为主,半日内潮以第一模态为主;LH2站位处的全日内潮以第一模态为主,半日内潮则第一和第二模态并重。上述2个潜标测站全日内潮传播方向接近正N向、半日内潮传播方向多为NW向,但在10月中旬LF2站位处半日内潮传播方向由NW向变为NS向,LH2站位处全日内潮方向由正N向变为NE向。分析实测背景流发现,10月中旬内潮传播方向的改变可能与背景场的变化有关。本文的结果将有助于加深对陆架区内潮的时空特征的认识,促进对南海北部油气区内波时空变化机制的了解。

基于卫星高度计资料的黑潮入侵南海流径的时间变化规律研究

黑潮入侵南海对南海的温盐平衡、环流、涡旋和局地气候等具有重要作用。基于吕宋海峡处黑潮不同流径的识别方法,对1993~2021年的卫星高度计资料进行识别,获取黑潮不同流径的发生时间,探究黑潮入侵南海流径的时间变化规律。结果表明:(1)黑潮主要以流套(Looping)和分支(Leaking)两种流径入侵南海,Leaking流径发生的时长(710周)和概率(46.9%)要远高于Looping流径(时长218周,概率14.4%)。(2)Looping流径和Leaking流径均可将高温高盐的西北太平洋水带入南海,Looping流径下的平均吕宋海峡上层通量(6.3×10^(6)m^(3)/s)略大于Leaking流径(5.6×10^(6)m^(3)/s)Looping和Leaking流径在4×10^(6)m^(3)/s~6×10^(6)m^(3)/s区间发生时间最长。(3)季节变化上,Looping流径主要发生在冬季,Leaking流径在冬半年均较强,夏季二者发生概率均较低。(4)Looping流径和Leaking流径均具有显著的年际变化特征,Looping流径在1996年发生时间最长,多达26周,在2001年几乎没有发生;Leaking流径在2005年发生时间最长,多达40周,在2013年发生时间最短。(5)Looping流径发生时长呈现0.15周/年上升的长期变化趋势,而Leaking流径则呈现-0.17周/年下降的长期变化趋势,对于整个黑潮入侵时长则呈现下降的变化趋势。(6)Looping流径在季节和年际变化上均受到局地风场的调控,与台湾西南的风应力旋度有着很好的对应关系;而Leaking流径与北赤道流位置在季节和年际尺度上均有着较好的对应关系。

南海东北部中尺度涡对海表叶绿素a浓度的影响规律研究

基于南海东北部1998~2019年的多源卫星遥感数据和风场再分析数据,较系统地分析了南海东北部涡旋内部叶绿素a浓度的分布特征,通过量化统计和涡心坐标系参数合成等方法探究了中尺度涡对叶绿素a浓度变化的影响规律及潜在机制。结果表明:(1)南海东北部约有60%的中尺度涡旋内部存在叶绿素a浓度增加和减少的现象。(2)南海东北部中尺度涡内部叶绿素a扰动受到涡旋抽吸和涡致Ekman抽吸机制的共同调控,其中约有38%(39%)的暖(冷)涡内涡旋抽吸的贡献更大, 21%(24%)的暖(冷)涡内涡致Ekman抽吸的贡献更大。(3)南海东北部中尺度涡生命周期内的海表叶绿素a浓度变化存在显著的阶段性差异,在冷暖涡的生成期,涡旋抽吸的作用更为显著,而在冷暖涡的顶峰和消亡期,涡致Ekman抽吸的作用更为明显。上述研究结果有助于理解南海东北部初级生产力对中尺度涡的响应过程与机理,对认识海洋物理-生物耦合过程具有一定的参考价值和研究意义。