内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。

北冰洋盐跃层研究进展

长年存在的盐跃层是北冰洋上层海洋独有的结构之一 ,对维持北冰洋表层的低温特征和海冰存在起着非常重要的作用。在过去的十几年中 ,北冰洋气候系统发生了前所未有的异常变化 ,北冰洋盐跃层也经历了从消退到近乎恢复的戏剧性变化。因此 ,北冰洋及其盐跃层的研究得到了广泛的重视。介绍了有关北冰洋盐跃层研究的进展情况 ,并对研究中存在的问题以及未来的发展进行了分析和阐述。有关北冰洋盐跃层的形成问题 ,先后有平流机制、对流机制等多种观点。认为由于现在欧亚海盆表层盐度普遍增高 ,其盐跃层的形成当以对流机制为主 ;而平流机制则更加适用于加拿大海盆的盐跃层。 2 0世纪 90年代 ,在北冰洋观测到一系列异常变化 ,包括盐跃层退缩、大西洋层增暖和北极海冰减少。实际上 ,这些变化是紧密联系在一起的 。

吕宋海峡黑潮脱落涡旋的特征分析

涡旋脱落在西太平洋和南海的海水属性交换中起到重要作用。为研究吕宋海峡附近海域由黑潮脱落并进入南海的涡旋特征,本文采用1993—2014年法国空间局(AVISO)多卫星融合海面高度距平(SLA)和绝对动力地形(ADT)全球网格化延时数据,美国国家海洋数据中心(NODC)的WOA13年平均温盐剖面气候数据,以及1993—2010年SODA2.2.4月平均海洋同化数据集,并分析了黑潮脱落涡旋与大尺度环流的关系。结果表明:(1)暖涡脱落数量远多于冷涡数量,且脱落的冷涡绝大部分在黑潮西侧边缘生成,而脱落的暖涡则大部分在黑潮控制区生成。(2)冷涡、暖涡脱落时的平均半径、平均振幅相近,但是冷涡的平均生命、平均迁移距离约为暖涡的一半。(3)冷涡不是每年都有脱落,主要在冬季脱落;暖涡则每年均有脱落,主要发生在秋季。(4)脱落涡旋数量与脱落时的黑潮路径类型相关。(5)脱落涡旋的平均西行速度为5.8cm/s,与斜压第一模态长Rossby波波速及大尺度环流的西向平流流速之和相近。

剖面数据的XML格式设计

根据可扩展标记语言(XML)的原理 ,设计了针对剖面数据的XML存储格式 ,并给出了一个XBT实测剖面数据的实例。该格式可用于海洋环境要素的剖面数据交换 ,并可进一步用于断面数据的数据交换。

湍流混合输运通量的数学物理描述基础——高确定性闭合的湍流二阶矩和基本特征量控制方程组

湍流,在海洋动力系统其他类运动的控制方程组中,主要以输运通量剩余项的形式出现,它是最重要的海洋混合运动主体。本文的主要研究目标是,在湍流最新研究成果及其子系统控制方程组基础上,提出高确定性的二阶矩闭合原理,导出闭合的二阶矩和基本特征量控制方程组,建立湍流输运通量的数学物理描述基础。现有的湍流基本特征量方程组,其右端项的闭合办法实际上是非独立的。因此要么在今后的研究中引入独立的闭合办法,要么回归到湍流的现场实验分析研究,给出独立的特征量实验关系,从而有可能得到湍流混合系数的解析估计。

基于11年高度计资料的南海表层环流时空变化

使用11年较高分辨率卫星高度计资料,应用经验正交函数(EOF)分析,得到南海表层环流的空间模态及其时间演变过程．前3个模态呈现明显的季节变化特征,EOF1模态显示出南海海盆大尺度的闭合环流,峰值和谷值分别出现在11月份和4月份;EOF2描述次海盆尺度同向双涡结构,涡旋中心分别位于吕宋岛西面和中南半岛东南外海,峰值和谷值在7-8月份和1月份;EOF3描述南海西部的中尺度涡结构,它在7-9月迅速发展为一个强的气旋涡．季节变化明显的EOF1和EOF3两个模态也受到年际变化的调节,表明南海表层环流年际变化受E1 Nino和南方涛动(ENSO)事件影响显著,特别是1997／1998年强E1 Nino事件明显改变了南海的常态环流结构．EOF分析也显示,南海西边界有一系列气旋和反气旋相间的中尺度涡,呈现季节内变化和年际变化特征．

基于二阶矩闭合模式平衡解的海浪生湍流混合系数解析估计

从次小尺度海洋运动方程和运动近各向同性假定出发,本文给出高确定性的海洋湍流二阶矩闭合方程和特征量变化方程.这组方程描述波动、涡旋和环流等较大尺度运动对海洋湍流的剪切不稳定性生成机制.同时,基于海浪破碎是湍流海面生成主要机制的认识,本文按破碎海浪统计理论给出湍流特征量变化方程的海面边界条件,包括由破碎能量损耗和卷入深度分别确定的海面动能通量和动能耗散率.根据上层海洋湍流特征量方程的平衡解和关于动能耗散率的观测资料,本文得到海浪生湍流混合系数的解析估计.所得到的海浪生湍流动能耗散率与观测资料进行了定性与定量对比,混合系数与先前Prandtl混合长度理论估计的一致性检验.

海浪破碎统计及其在海-气通量估计中的应用——Ⅰ.理论模型

以5阶Stokes波作为破碎统计模型的原始波场,重新导出了破碎水体体积和白冠覆盖率等统计量。基于海浪破碎是海-气强交换过程中的重要控制机制这一观测事实,主要开展了破碎过程对海-气热通量和水汽通量交换的影响研究,导出了气泡在海面平均体积通量和浪花水滴海面谱分布的理论表达式,建立了破碎气泡和浪花水滴热通量和水汽通量交换的物理模型,为进一步深入研究海-气通量交换模式奠定了基础。

渤、黄、东海垂向位移负荷潮和自吸-负荷潮

采用Green函数方法，高分辨率中国近海区域海潮模型和TOP07．0全球海洋潮汐模型，以及Gutenberg．BullenA地球模型计算了负荷潮．结果表明，渤、黄、东海M2垂向位移负荷潮振幅最大值出现在浙江外海约150km处，其值超过28mm；次大值位于仁川湾，超过20mm；第三大值位于北黄海东北部，超过14mm．S2垂向位移负荷潮在上述三处的振幅值分别超过10，8和4mm．K1和O1垂向位移负荷潮振幅在琉球群岛中北部附近为最大，分别超过13和10mm：向内海逐渐减小．半日分潮垂向位移负荷潮基本上与海洋潮汐对应分潮具有相反的位相．在东海大部和南黄海东部全日分潮垂向位移负荷潮与对应的海潮分潮基本上具有反位相的关系，而在渤、黄海其余海域基本上不具有反位相关系．在研究海区内，全日潮的垂向位移负荷潮不出现无潮点．自吸．负荷平衡潮分布特征与垂向位移负荷潮相近，其振幅大约是垂向位移负荷潮的1．2～1．7倍，其位相与垂向位移负荷潮基本上相反．M2最大振幅值也出现在浙江外海，超过42mm．