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。

北极加拿大海盆2003年和2008年上层海洋热含量的差异分析

主要利用2003年和2008年两次夏季北极科学考察的CTD数据处理了加拿大海盆上层海洋(指200 m以浅)的热含量,定量分析了热含量随深度的变化,并比较分析了这两年在夏季海冰融化期间热含量的垂向差异变化,以及影响热含量变化的因素,给出了上层海洋热含量在加拿大海盆的空间分布。2008年与2003年相比最显著的变化是在加拿大海盆开阔水域的增加,导致了太阳辐射能进入海洋中的能量增加,同时海冰的大量融化带来了大量淡水,这些变化改变了上层海洋的温盐性质。海冰大量融化主要产生两个效应:一是上层海洋的普遍增暖,二是太平洋入流水体的下移。文中还分析了近年来在加拿大海盆中变化显著的次表层暖水现象,由于次表层暖水蕴含着不小的热含量,其在上层海洋热量平衡中的作用不容忽视。

海洋环境污染保障系统（英文）

本文介绍了一个针对中国海域海洋环境污染保障系统的研究进展,并阐述中子活化分析(Neutron Activation Analysis,NAA)方法在其中的可能作用。该系统基于对海洋三维流场的预报与分析,对海洋污染物可能的扩散路径与影响区域、污染源头的可能位置进行推测,并结合GIS技术整合相关的环境敏感信息,为如何使污染物造成的危害降到最低给出决策支持。基于该系统技术的渤黄海海洋污染物预测预警系统已经实现业务化运行多年,并在中国沿海污染事故应急中多次获得成功的经验。目前,针对重金属与放射性污染物的环境保障系统正处于理论实验阶段,由于NAA方法特别适合用于对部分重金属及放射性物质的检测,因此NAA方法对实现海洋重金属及放射性污染物的监测及预测预警具有非常重要的实用价值。

谱混合模型方法优化及其在海洋水团分析与水交换研究中的应用

优化了谱混合模型(Spectral Mixture Model,SMM)分析方法,提出了谱混合模型方法中两个关键参数的一般优化方案。优化后的方法能够对大量的数据样本进行快速聚类分析,并通过求解概率密度函数确定不同聚类之间的混合区域。以该方法在海洋水团以及水交换中的应用为例,详细阐明了谱混合模型方法的工作原理及过程。在谱聚类方法基础上建立的谱混合模型分析法,避免了传统模糊聚类分析方法的不足,即使在物理量的散点数据分布呈现广泛连续性时,仍然能够抓住数据时空分布的主要变化方向,其在水团的辨别、水团边界以及水交换混合区的分布及其变化规律的研究中具有广泛的应用。

海洋污染环境保障系统构建以及中子活化分析方法的可能应用

介绍了针对中国海域海洋污染环境保障系统的研究进展,并阐述中子活化分析(Neutron Activation Analysis,NAA)方法在其中的可能作用。该系统基于对海洋三维流场的预报与分析,对海洋污染物可能的扩散路径与影响区域、污染源头的可能位置进行推测,并结合GIS技术整合相关的环境敏感信息,为将污染物造成的危害降到最低提供决策支持。基于该系统技术的渤黄海海洋污染物预测预警系统已经实现业务化运行多年,并在中国沿海污染事故应急中多次获得成功的经验。目前,针对重金属与放射性污染物的环境保障系统正处于理论实验阶段,由于NAA方法特别适合用于对部分重金属及放射性物质的检测,因此NAA方法对实现海洋重金属及放射性污染物的监测及预测预警具有非常重要的实用价值。

北极海冰快速减少期间加拿大海盆上层海洋夏季淡水含量变化

北极海冰近年来快速减少,北冰洋淡水含量也出现了急剧变化。加拿大海盆作为北冰洋淡水的主要存储区域,研究其淡水含量变化对于认识北冰洋淡水收支有重要意义。本文根据2003年、2008年中国北极考察以及2004年至2007年的加拿大考察数据进行计算,发现除2006年以外,夏季加拿大海盆淡水含量在此期间每年增加1 m以上厚度。增加主要发生在冬季白令海水以上的上层海水中,而在此之下,淡水含量维持在3 m左右,没有显著年际差异。在2006年,加拿大海盆西部上层淡水含量略微减少,但东部和北部海域淡水含量仍略有增加。与2003年相比,2008年加拿大海盆中心海区淡水含量增加量最高可达7 m。分析表明,近年来的海冰减退对加拿大海盆上层淡水含量的增加起着重要作用,北极涛动(AO)正负相位变化也是控制其淡水含量变化的一个重要因素,而降水、径流以及白令海峡入流水的变化对加拿大海盆淡水含量变化影响较小。

北极加速变暖条件下西北航道的海冰分布变化特征

近年来北极的加速变暖使西北航道的通航成为可能。利用AMSR-E的6.25km分辨率日平均海冰密集度卫星数据,研究了2002—2008年北极西北航道的海冰密集度变化特征。通过统计分析沿西北航道各条线路冰障流段代表站点的融化期、轻冰期、无冰期、无冰天数和轻冰天数,以及海冰分布和变化的细节,加深了对西北航道海冰季节变化和年际变化以及空间分布的主要特征,特别是与通航相关的冰情信息的了解。研究指出西北航道南路比北路容易开通,航道上的海冰通常是从冰间湖及固定冰与流冰间的水道处开始融化,各线路冰障流段存在的时间呈减小趋势,整条线路无冰天数/轻冰天数呈增加趋势。讨论了研究区域海冰空间分布的特征和成因,提出了以整条线路无冰天数/轻冰天数作为衡量通航程度的指标之一,并初步分析了西北航道通航的影响因子。

近岸典型养殖海区的潮流垂直结构特征

2006年7月在我国北方典型养殖海域桑沟湾进行现场观测,探讨养殖生物和养殖设施影响下潮流垂直结构的特征。结果显示:①夏季的桑沟湾,大量养殖生物和养殖设施的存在造成了潮流垂直结构中出现了潮流上边界层这一独特现象;②建立1个双阻力模型来描述这个现象,得到湾口北侧海带养殖区的潮流上边界层平均阻力系数■=5.4×10-2和底边界层平均阻力系数■=1.5×10-2;湾中部贝藻兼养区的■=4.9×10-2,■=1.9×10-3,并与同在黄海的自然海区青岛外海做比较;③在半日潮占优的桑沟湾海区,养殖阻力和底应力均具有1/4潮周期特征。在养殖阻力大于底应力的情况下,该海区出现了表层海水先涨/落潮的现象,这与浅海潮流底层海水先涨/落潮的一般规律截然不同。

浅海底边界动力过程与物质交换研究

浅海底边界动力过程是能量分配、颗粒物输运和水—底边界物质交换的关键环节,深入研究浅海底边界动力过程是提高环境容纳量预测能力的重要前提。分析了国内外该研究方向的进展和现状,提出在黄海中部和长江口外两个典型海区,以集成先进设备的海床基观测平台和水体要素连续观测的研究策略,获得底边界流场结构、水体和底边界湍流混合特征、底耗散动力学参数、底颗粒物浓度和梯度变化等规律,建立潮汐、层化、海浪等不同动力条件下底边界动力过程参数化方案,研究沉积物启动、沉降等动力学规律,以数值模式探讨海底拖曳力变化对潮流和环流结构的影响;了解颗粒物组成的季节变化及对起动、再悬浮、絮凝等动力过程的影响,以颗粒物输运模型研究中国近海沉积物源汇分布;以同位素示踪研究底界面交换对动力过程的响应。为解决面临的2个科学问题:①中国近海底边界能量耗散在能量分配中的作用;②中国近海底边界动力过程、颗粒物输运与物质交换的多时空尺度变化规律,奠定基础。

南极普里兹湾邻近海域海冰生消发展特征分析

利用美国冰雪数据中心发布的2003—2008年高分辨率海冰密集度数据,分6个阶段对普里兹湾区域海冰季节性变化的空间分布特征进行了研究,并根据普里兹湾海区的地形和环流对这些特征的成因进行了分析。结果表明,普里兹湾海冰冻结过程和融化过程分别经历7个月和5个月,海冰融化速度最快月份是10月和11月,主要表现形式为海冰密集度的减少;海冰冻结速度4月和6月最快,海冰外缘线向北扩展。由于普里兹湾近岸达恩利角冰间湖、普里兹湾冰间湖和Barrier湾冰间湖的存在,海冰的融化呈现大洋区由北向南、近岸区由南向北的双向融化特征;而在普里兹湾口、弗拉姆浅滩和四女士浅滩均存在不易融化的冰舌,两者之间的低密集度海冰区,则对应于暖水侵入普里兹湾的通道。南极绕极流在流经凯尔盖朗海台中部时向北偏转,造成此处在盛冰期较其它经度的海冰外缘更靠北,可达57°S。南极辐散带的表层流场和上升暖流抑制海冰冻结和聚集,形成了低海冰密集度区域。

南海北部及巴士海峡附近的水团分析

为解释黑潮水进入南海的方式 ,通过对 2 0 0 2年 5月 2 9日～ 6月 6日在南海及巴士海峡附近太平洋海域观测所得的资料进行水团分析 ,以四边形水团定量分析方法得到各水团在海区内的分布状况 ,同时分析了温度、盐度、密度和溶解氧的分布 ,并对在相同深度层次上的南海水和黑潮水性质进行了比较。观测海域的水团分为表层水团 (SW ) ,次表层水团 (SSW ) ,中层水团 (IW )和深层水团 (DW ) ,分别处于 0～ 5 0m ,5 0～ 3 0 0m ,40 0～ 10 0 0m ,10 0 0m以深。黑潮水进入南海 ,但是势力较弱 ,未能越过 119.5°E深入南海。

黄海潮流底边界层内湍动能耗散率与底应力的估计

利用高频流速仪ADV在青岛外海潮流底边界层内一个周日(25h)定点连续观测的三维流速资料,计算并分析了秋末冬初潮流占优的陆架浅海潮流底边界层内湍动能耗散率和底应力的特征及其潮内变化.结果表明:(1)秋末的黄海,在一个周日内湍动能耗散率与底应力的变化范围分别为1.8×10-8—3.4×10-5W.kg-1与6.6×10-4—7.5×10-1N.m-2,表明在底边界层内存在着很强的能量耗散,且湍动能耗散率与底应力在潮内的变化都非常显著;(2)在充分混合的潮流底边界层内,湍流主要由海底流速剪切生成,湍动能生成与耗散基本处于局地平衡状态;(3)对于半日潮流占优的海区,湍动能耗散率与底应力都具有明显的四分之一周日的变化规律;(4)观测期间,海底以上0.45m处的拖曳系数的平均值Cd(0.45)为0.0017(对应于海底以上1.0m处的拖曳系数的平均值Cd(1.0)为0.0015),但拖曳系数存在着显著的变化(变化范围为0.0005—0.0082);平均的海底粗糙度为2.8×10-5m.

基于潮汐逆模型技术对渤黄海正压M2分潮开边界条件的优化研究:Ⅱ.潮汐特征、潮汐动力学及潮余流

基于该系列文章前文建立的高分辨率数据同化模型系统,研究渤、黄海的M_2分潮的潮汐特征、潮混合、潮余流、潮能及其扩散、潮动量平衡。对同潮图结果的分析表明,渤、黄海内共存在4个无潮点,研究区域内M_2分潮振幅的最大值出现在朝鲜半岛西侧。潮流椭圆的分析结果表明,在35°N附近区域潮流椭圆的旋转方向有着比较突然的改变。朝鲜半岛西侧区域潮流的振幅较大,并且由于该区域地形复杂多变导致朝鲜半岛西侧海域存在着比较强烈的潮混合与潮耗散。对M_2分潮动量分析的结果表明,地形等因素在近海潮汐动力学过程中发挥着比较重要的作用。在渤、黄海内大部分区域,主要的动量平衡基本上介于压强梯度力、局地变化项以及科氏力之间,底应力和对流项都可以忽略不计。但是,线性模型对近海尤其是上述强耗散区内潮波活动的模拟还是存在着缺陷和不足。

近岸典型养殖海区潮流垂直结构的数值研究

采用改进的一维水动力模型对我国近岸典型筏式养殖海区的潮流垂直结构进行了数值研究。模型通过增加潮流上边界层来描述养殖活动与潮流垂直分布的关系。数值实验结果表明,高密度养殖对潮流的阻碍作用很强,使得海水表层流速显著减缓;当养殖密度达到临界值后,流速剖面出现变形,流速迅速减小。流速剖面随底应力的变化也会出现同样的变形。潮流流速及其垂直分布情况均受到上层养殖阻力和海底应力的共同作用,呈非线性变化趋势。潮流垂直结构就是对在外海传入潮波的驱动下,海水对上层养殖阻力和海底应力的适应与调整。这为进一步优化养殖设施布放、养殖品种安排等奠定了理论基础。生物生长与吊笼等因素对海水运动的阻力效应是需要进一步考虑的问题。

虚拟仿真技术在帆船运动中的应用研究

根据天气和海况对帆船训练和比赛的影响,通过对帆船的受力分析,建立帆船受力的动力学模型,借助虚拟现实技术,可以预设不同的比赛环境,实现对帆船运动的模拟仿真,辅助帆船日常训练和竞技分析。

应用微波辐射亮温确定北极海冰边缘的算法

海冰边缘区(MIZ)的边缘位置是微波遥感图像的1个基本特征,本文利用AMSR-E微波辐射亮温的强度比,提出1个确定MIZ边缘位置的方法。强度比最初用来确定数字影像中海冰和海水的阈值。研究发现,强度比也可以反应海冰与海水的微波辐射的差异。在无冰水域,垂直极化的18.7(V18.7)和36.5(V36.5)GHz的高级微波扫描辐射计(AM-SR-E)的亮温之比主要在0.86～0.89之间变化,此时它们在散点图中聚集成1条经过原点的直线;而在MIZ,它们的比值发生了显著改变。强度比比较好的体现了V18.7和V36.5的亮温比值在MIZ边缘处的变化特征:强度比快速增大,并且它的梯度出现极大值。全年中MIZ边缘处的亮温比值在0.89～0.90之间变化,此时对应的海冰密集度为0.08。

基于潮汐逆模型技术对渤黄海正压M_2分潮开边界条件的优化研究：I.模式的建立与验证

建立了一个高分辨率的数据同化模型系统,针对渤黄海潮汐模型开边界进行优化研究。潮汐调和常数提取自沿岸的潮位计或者近海的水位计观测。数据同化系统包含向前积分的正模型和潮汐逆模型,正模型是三维的、有限积分的、非线性的区域海洋模型ROMS,逆模型是三维的、线性的、有限元模型TRUXTON。数据同化系统通过反演正压潮汐边界条件优化结果,最大可能的减少各同化数据源的差异所带来的误差。研究证明,同化结果能有效的减少潮汐开边界水位强迫的误差,模型/观测误差在调整后减小超过50%。基于posterior潮汐开边界重构的M2分潮图同前人的结果一致。

风对中国东部海域海平面季节变化的影响(英文)

应用ROMS数值模式配置基本实验模拟了2004年到2006年中国东部海域海平面的季节变化。模拟结果与TOPEX/Poseidon(T/P)卫星高度计观测结果基本一致,海平面年较差从中国沿岸到黑潮路径逐渐变小。将数值模式的风应力项去掉,配置对比实验。与基本实验结果对比发现,对比实验海平面仍然具有季节变化,但是闽浙沿岸和苏北沿岸海平面春夏季异常偏低、秋冬季异常偏高现象消失,中国沿岸向太平洋的海平面变化减弱。春季和秋季,渤、黄海和黑潮附近海平面异于东海的现象减弱。对比实验海平面的年较差的数值明显减小,从近岸向黑潮海平面年较差渐变的过程消失。整个渤黄海的海平面年较差近似。对比实验海平面年较差占基本实验海平面年较差比率从近岸向黑潮路径逐渐增大。

东海黑潮水交换区的定义及其时空分布规律研究

将谱混合模型(Spectral Mixture Model,SMM)方法应用到黑潮水与东中国海陆架水之间的水交换中。在此基础上,定义了东海黑潮流系与东中国海大陆架之间的水交换区,并进一步对该带状交换区的空间分布和时间变化规律进行研究。首次得到该交换区面积随时间的变化与东海黑潮流系穿越东中国海大陆架200 m等深线的向岸体积通量的变化呈现出-0.78的显著的负相关关系。另外,研究结果还揭示出,来自太平洋的季节内信号有可能穿越黑潮主轴进入东中国海海域。

北部湾春季季风转换时期两潜标站余流分析

2007年春季季风转换期间,在北部湾湾口两站利用潜标观测获得了80余天的流速剖面等资料序列。结合NASA喷气推进实验室物理海洋学数据分发存档中心提供的QuikSCAT海表面风场数据,以及NOAA国家气候数据中心提供的海表面温度数据,利用交叉谱分析方法对观测期间两站余流结构及其影响因子进行分析。结果表明:1)春季季风转换时期,北部湾风场北分量具有周期为10d左右的震荡。风的输运造成密度场结构出现相应的震荡,从而会引起密度流的变化。2)M4站余流主要由风场控制,水体向北部湾内输运。3)M5站表底层余流差距较大,整层余流均受到了风的直接影响,而表层还受到了由风引起的密度流变化的影响,因此风通过两种方式影响了M5站的余流。