一种海洋潜标适用的新型GPS信标机

本研究设计了一种潜标适用的新型信标机,它集成了GPS模块、数传模块、微处理器和压力开关等部件,可有效提高潜标回收过程中的目标定位能力。该信标机安装于潜标主浮体,通过压力开关控制电源。当主浮体位于海面时,信标机处于工作状态,它可以不断地将GPS位置数据通过无线传输方式向外发送,配套的接收端可以将接收的位置信息直观地显示在PC机上。作业人员据此可以迅速准确地确定主浮体的位置,提高潜标回收作业的效率和成功率。

基于声学方法的南黄海浮游动物垂直迁移季节变化研究

为研究南黄海浮游动物垂直迁移的季节变化,分析了2006年至2007年4个季节布放潜标中声学测流仪的观测数据。结果是:声学测流仪测量的后向散射强度呈现显著的日变化特征,这是由浮游动物垂直迁移造成的;在4个季节中都出现这一凌晨向下、黄昏向上的垂直迁移,但是垂直迁移发生的时间有季节变化。利用南黄海辐射通量的直接观测数据,讨论了垂直迁移发生时间与光照的关系,结果表明垂直迁移的季节变化主要受光照的影响。这对于研究浮游动物垂直迁移机制有一定意义。

东南印度洋海洋锋面处低空大气的垂向分布结构

本文利用中国第25次南极科学考察期间获取的现场观测数据研究了东南印度洋(弗里曼特尔至中山站间)海洋锋面附近的低空大气风场以及温度场垂向分布特征。结果表明:弗里曼特尔港至中山站之间的亚南极锋锋面暖水侧与冷水侧风速垂向分布结构不同,锋面暖水侧风速垂向梯度小,风速梯度最大值出现在500 m高度附近,而锋面冷水侧低空风速梯度最大值出现在150 m高度附近,揭示了中纬度海气相互作用机制在东南印度洋海洋锋面附近起重要作用。同时,本文还发现了亚南极锋锋面上空存在一支强的低空纬向急流,急流中心位于300 m高度处;极锋上空低空风速强而高空风速弱。

北太平洋经向翻转环流季节变异机制的模拟研究

北太平洋经向翻转环流(NPMOC)是北太平洋所有经向翻转环流圈的总称。其中,热带环流圈(TC)、副热带环流圈(STC)和深层热带环流圈(DTC)位于北太平洋热带-副热带海域,是该海域经向物质和能量交换的重要通道。基于NEMO模式分别对TC、STC和DTC经向流量的季节变化特征和机理进行了模拟研究,驱动场增强和减弱情况下的敏感性试验表明,风应力是TC和STC南、北向输送以及DTC南向输送季节变化的主要影响因素,而热通量和淡水通量的影响较小;风应力和热盐通量季节变化情况下的敏感性试验表明,TC和STC的南、北向输送以及DTC的南向输送主要是由风应力的季节振荡引起的,而热通量和淡水通量的影响较小。

北太平洋经向翻转环流和热盐输送研究综述

北太平洋经向翻转环流是北太平洋所有经向翻转环流圈的总称,目前它拥有五个环流圈,即副热带环流圈(the subtropical cell,STC)、热带环流圈(the tropical cell,TC)、副极地环流圈(the subpolar cell,SPC)、深层热带环流圈(the deep tropical cell,DTC)和温跃层环流圈(the thermohaline cell,THC)。这些环流圈是北太平洋经向物质和能量交换的重要通道,它们的变化对海洋上层热盐结构和气候变化皆有重要影响。迄今,人们已对STC、TC和DTC的结构形态、变化特征与机理开展了广泛而深入的研究,并对STC的极向热输送特征也做了一些初步分析。但应指出的是,关于SPC和THC的研究仍较少,迄今尚不清楚这两个环流圈的三维结构和变异机理;而且,对北太平洋经向翻转环流的热盐输送研究尚处于起步阶段,目前对各环流圈的热盐输送特征、变化规律和变异机理仍知之甚少,这些科学问题亟待深入研究。

季风上升流对印尼爪哇岛南部海域pH影响的初步研究

基于2013年9月底至10月初在印尼爪哇岛南部海域调查得到的碳酸盐参数和相关水文数据,首次报道了该海域pH的分布,并重点探讨了南爪哇上升流(季风上升流)对其影响。结果显示上升流影响区表层pH低于周围非上升流影响区。通过两端元混合模型,定量讨论了上升流的物理输运和生物活动对pH的影响。研究表明,上升流的物理输运至少造成了海表层盐度增加0.4个单位,溶解无机碳(DIC)增加110μmol/kg,pH降低约0.2个单位;同时,在上升流区,强烈的生物活动(叶绿素a浓度大于0.4mg/m3)使得DIC的降低量达70μmol/kg,pH的增加量达0.15个单位。总体来看,该研究区域的物理输运作用大于生物作用,综合效应表现为DIC的增加和pH的降低。另外,同上升流的物理输运作用和生物作用相比,上升流引起的表层冷却和增盐对pH的影响较小(热力学作用)。

1951—2000年间冬季黄海暖流变异的数值研究

通过二维正压数值模式,分别模拟了黄海1951—2000年间两个代表时间段冬季的环流状况。对比这两个时间段的环流,发现冬季黄海暖流及沿岸流存在着显著的变异。主要表现为:(1)在1951—2000年期间,黄海暖流和沿岸流都呈现明显的减弱趋势并且黄海暖流的主轴发生西移;(2)黄海暖流及沿岸流的减弱致使环流异常在黄海中部和西部形成了一个海盆尺度的反气旋环流圈,而在黄海东部形成一个弱的气旋式环流异常。进一步分析发现,环流的异常与冬季风风应力经水深平均后变异的旋度场吻合良好,表明冬季风场的变异和黄海水深分布是决定黄海环流变异特征的主要因子。1977—2000年间,在36°N断面观测到的海表温度锋面强度的减弱趋势也很好的验证了数值模式所得出的结果。

一种海洋浮标岸站的软件设计与实现

岸站是海洋浮标系统的重要组成部分。基于此,对岸站总体设计进行了描述,介绍了接口设计,并针对各部分程序的运行流程,创新性地提出了利用JSON进行文件的配置和存储,JSON易于人阅读和编写,同时也易于机器解析和生成,且能有效提升网络传输效率。该软件应用到实际的海洋浮标中,获得了较好的效果。

一种海洋自动气象站数据采集控制器的设计

随着对测量精度要求越来越高,将两款高精度AD芯片应用到海洋自动气象站中,自主开发一款数据采集控制器系统。选择七款大气传感器,分别测量大气的风速风向、相对湿度、气温、气压、降水、长波辐射和太阳短波辐射等大气参数。针对电压和电阻类信号,采用两款高精度AD转换芯片AD7193和AD7793,解决采集问题;使用一款ARM芯片作为数据采集控制器的CPU,最终应用到海洋自动气象站,获得了不错的效果。

跨南大洋经向断面的大气垂直剖面特征研究

基于中国第29次南极科学考察期间获取的GPS探空观测数据,分析了东南印度洋和西南太平洋经向断面大气垂直结构的基本特征、季节变化和纬向差异。不同断面的大气垂向结构差异显著,但也具有共同特征,4000 m以下低空的气温和湿度明显高于高空,而低空风速明显小于高空风速,8000 m以上高空各个观测要素的垂直变化较小,整个断面主要以西风为主,整个垂直剖面湿度异常偏高(偏低)的区域通常对应上升(下沉)气流。给出了3个观测断面的大气锋面位置和类型,P1断面的大气锋面在47°~50°S,P2和P3断面的大气锋面在52°~58°S,P1和P2的锋面属于暖锋,P3的锋面由于气旋的影响分类不明显。东南印度洋大气剖面结构具有明显的季节变化,秋季和春季相比,秋季具有风速小,气温高特征,大气锋面更加偏南。东南印度洋和西南太平洋断面的大气剖面结构差异明显,二者相比,东南印度洋具有风速大、气温高及相对湿度小的特征,但大气锋面位置相同。

热带印度洋季节内振荡对海表温度日变化的影响

利用了逐时的热带印度洋浮标观测资料,采用合成分析的方法研究了大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)对海表温度(Sea Surface Temperature,SST)日变化特征的影响。结果显示,SST的日变化振幅与大气对流活动存在显著的反位相关系,即在对流活动最强时,SST的日变化振幅最小,标准差为0.06℃;在对流活动最弱时,SST的日变化振幅最大,标准差为0.23℃。以浮标观测的海-气通量强迫一维海洋混合层模式可以再现SST日变化特征的季节内差异,据此诊断发现海表净热通量和混合层深度的季节内变化是MJO影响SST日变化振幅的主要途径。

2008年夏季楚科奇海余流分布特征

根据2008-08-05-09-07在楚科奇海布放的一套浅水潜标系统(71°40′1.4″N,167°58′54.6″W)获得的海流剖面资料及温盐资料,采用Lanczos余弦滤波的方法,研究了楚科奇海中央水道余流剖面及温盐时间序列的结构和变化特征,对表层余流与风场的关系及影响温盐结构的因素进行了分析。结果表明,余流的方向和大小在垂直方向上存在明显的差异:表层余流全流呈现西向流态,平均流速为19.6cm/s,方向为257.4°,受表层风场影响显著;中、下层的余流全流平均流速为6.6cm/s,流向为29.6°,呈现东北偏北方向。在整个观测期间,温度时间序列表现出剧烈的震荡,振幅达到3.7℃以上,而盐度序列变化缓慢,波动区间相对较小,为32.0～32.8,并表现出逐渐降低的趋势;温盐序列的变化受底层余流分布的影响较弱。

热带太平洋温跃层深度的年代际变化特征及原因

利用SODA数据分析了20世纪70年代气候跃迁前后热带太平洋温跃层变化的季节特征,研究了NCEP/NCAR再分析资料中的风场变化与温跃层变化之间的关系。研究结果表明:1)在1976—1977年气候跃迁之后,温跃层深度存在显著的年代际变化。在热带太平洋东部的秘鲁沿岸海域温跃层变深,而在10°S^10°N的热带太平洋其他海域温跃层均呈现变浅趋势;2)温跃层深度的年代际变化存在显著的季节差异。总体表现为,温跃层变浅的最显著区域随着季节的推移由东太平洋逐渐移至西太平洋并且变浅的幅度增大;3)热带太平洋海表面风场的年代际变化导致的赤道西风异常及风场异常的散度场是温跃层变化的主要原因。

2008年孟加拉湾春季暖池生消过程的热收支诊断分析

在夏季风爆发前孟加拉湾会出现季节性暖池,在季风爆发后它则快速消失。本文利用RAMA浮标阵列中孟加拉湾中部浮标的观测资料,通过进行混合层热收支诊断,对2008年孟加拉湾春季暖池的生消过程进行了分析。结果表明:热通量项主导了暖池的生成和消亡过程,它在暖池生成期表现为强加热效应,而在暖池消亡期变为强冷却效应;垂向卷夹的冷却作用在暖池生成阶段比较突出;温度平流项的冷却作用在冬季较强。对热通量项的进一步分析表明:短波辐射平均热效应在暖池生成期高达0.32℃/d,而在暖池消亡期降低一半,这是使热通量项在两个时期有不同表现的根本原因;潜热通量在各阶段的平均冷却效应基本保持不变,都在-0.14℃/d左右;长波辐射的冷却效应在暖池生成期比较显著,一定程度上减缓了海温的上升速度;感热通量的热效应相对较小。

孟加拉湾SST季节循环双峰结构的热收支诊断

孟加拉湾海表温度(SST)存在显著的季节变化,它在春季和秋季出现两个峰值,而且春季峰值要高于秋季。本研究利用孟加拉湾中部的浮标观测资料,结合卫星遥感资料对2009年孟加拉湾混合层热收支进行诊断分析,揭示了两个SST峰值的形成机制及不对称的原因。结果表明:春、秋季孟加拉湾增暖过程呈现不同机制,春季增暖主要是热通量项的强加热效应的造成的,而秋季增暖是热通量项和温度平流输运共同加热造成的。SST在春季和秋季的峰值不对称主要是由热通量的加热效应不对称所造成的。对热通量项的进一步分析表明,春、秋季被混合层吸收的热通量和混合层深度的不对称共同造成了热通量加热效应的不对称。

季节内振荡对热带印度洋SST日变化的调制——一维混合层模式的诊断结果

热带印度洋SST的日变化幅度受到大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)的调制,其在MJO对流最强(弱)位相达到极小(大)值,并且在MJO对流增强位相显著强于其对流减弱位相。本文利用逐时的再分析海表通量强迫一维海洋混合层模式,定量地诊断了MJO事件中SST日变化的差异成因。结果表明,SST日变化在MJO对流最强与最弱位相的显著差异主要是由短波辐射的季节内变化所致(40%),其次是风应力(38%)和潜热通量(14%),其他要素的影响较小。而SST日变化在MJO对流增强与减弱位相所呈现的不对称特征,主要是由纬向风应力的不对称性所致,这是MJO扰动结构与背景环流相互作用的结果。

IPCC耦合模式对北太平洋海–气系统冬季重现的模拟

冬季重现(再现)是中高纬度大尺度海表温度重要的持续性特征,是热带外海洋特有的现象。北太平洋大气环流也存在这一现象,它可能会强迫产生这一海域海温的冬季重现。本文利用IPCC20C3M耦合模式资料,评估了耦合模式模拟北太平洋海–气系统冬季重现的能力。北太平洋海温冬季重现的空间范围是海盆尺度的,中部重现时间比其周围晚。大气环流场的冬季重现主要是在北太平洋中部,它与海温冬季重现关系密切。大多数IPCC耦合模式基本上可以模拟出太平洋海温大范围的冬季重现现象。与重现范围的模拟相比,耦合模式对重现时间地理差异的模拟都比较差。各模式对大气环流冬季重现时空分布特征的模拟较差,大部分模式未能模拟出大气环流场中主要的重现区域。而且,大气环流冬季重现对海温重现的可能影响并没有体现在这些耦合模式中。耦合模式对北太平洋大气冬季重现的模拟还有待改善。

基于数据采集控制器CR3000的船载气象站软件设计与实现

首先介绍了CR3000的软件开发调试环境,其次分析了船载气象站软件的内容和各个模块的功能,特别是如何利用修正算法消除船体本身的船速和船向,得到真实的风速和风向,最后从使用的角度阐述了软件的使用流程。该软件应用到实际的航次中,取得了较好的效果。

基于最小二乘法的数据采集控制器系统校准方法

为提高海洋自动气象站精度,将最小二乘法技术应用到数据采集控制器的系统校准中。采用高精度电压源提供精确电压,用数据采集控制器测量高精度电压源提供的电压,同时采用纳伏表测量高精度电压源提供的电压,用最小二乘法求出每个通道的拟合曲线和拟合方程,在此之后的测量结果需要经过此拟合方程进行校准,以便得到更准确的测量值。实验结果表明,测量结果误差大幅减少,测量精度显著提高。

北太平洋中尺度涡季节和年际变化的统计分析

依据1993-01-2014-10由卫星高度计资料导出的地转流异常场数据,用几何方法探测识别并追踪了北太平洋的中尺度涡,统计了涡旋的半径、移动距离和移动速率,发现它们近似服从对数正态分布。进一步的分析发现,北太平洋涡旋生成数量存在着显著的季节变化：在冬季涡旋生成的数量最多而夏季生成的数量最少;夏季与冬季相比,涡旋生成数量减少的区域主要集中在15°～35°N。此外,北太平洋涡旋生成数量还存在着显著的年际变化;各个季节对全年变化的方差贡献量值相当。不论是季节变化还是年际变化,涡旋生成数量的变化与SST的变化均是反相,这是因为SST变化改变了上层海洋的层结强度进而影响了涡旋的生成,但该物理机制还需要进一步的分析和验证。