用近地层温差因子改进广东沿海海雾区域预报

利用2000—2011年的NCEP 1°×1°的再分析资料和2010—2011年的台站海雾观测资料,分析了近地层温差因子(T1 000 hPa-T2 m)与海雾发生的关系;尝试将近地层温差因子作为GRAPES模式的预报变量因子,改进广东沿海海雾区域预报。(1)近地层温差因子与海雾发生有较明确的对应关系:当台站出现海雾时,近地层温差一般处于某一时间段的高值区,近地层温差负值明显减小或转为正值。这是近地层暖湿空气平流逐渐加强的结果,存在海雾发生发展的可能。(2)广东沿海地区暖湿平流的输送具有阶段性和跳跃性,而且是不断增强的;同时,暖湿平流的向北推进与中国沿海海雾自南向北推进的演变过程相一致。(3)GRAPES模式能较好地模拟和实现近地层温差因子,引入该预报变量因子后,海雾区域预报的准确率、Ts和Hss评分都有明显的提高。

楚科奇陆架海域夏季温度年际变化特征

【目的】研究楚科奇海陆架区夏季(8—10月)温度年际变化。【方法】利用GLORYS12V1再分析数据,并结合海表热通量及断面侧向热通量数据,分析楚科奇海温度年际变化及其与海表热通量和侧向热通量的关系。【结果与结论】楚科奇海东南海域温度最高,约8℃;北部和西部海域多低于3℃;1993—2020年5、29、47 m以及50 m以浅温度的线性增加趋势为0.03~0.07℃/a,且表现出年际变化特征;经验正交函数分解结果显示,各层第一模态均表现出整个研究区域为同位相变化,且各层温度变化具有较大的区域不同;热收支分析结果显示,该时期短波辐射和白令海峡热输送是两个主要热量输入量,影响温度年际变化,而长波辐射、潜热通量以及通过东侧和北侧断面的热量为主要的热量输出量。线性回归分析得出楚科奇海热通量的变化与8—10月平均温度之间的定量关系,可为更好地表征和预测楚科奇海温度变化特征提供参考。

秋季登陆广东热带气旋特征变化及机制分析

基于1949—2021年中国气象局热带气旋最佳路径数据集和登陆热带气旋数据集,对秋季登陆广东热带气旋(tropical cyclone,TCs)的时空特征和可能机制进行分析,并与夏季进行对比。结果表明:近73年共76个TCs秋季登陆广东,占登陆总数的28.5%,以强台风和超强台风占主,且平均最大强度强于夏季。相比夏季,秋TCs更大比例(72.4%)生成于西北太平洋,生成经纬度偏南、偏东;秋TCs的年均破坏潜力指标(power dissipation index,PDI)可达0.4×10^(7)m^(3)·s^(-2),与夏季相当;秋TCs登陆后比夏季更快消亡,移速更慢,PDI较小。秋TCs登陆数量长期变化呈下降趋势且下降速率与夏季相当,登陆强度上升且上升速率为夏季1.8倍,移速减缓速率为夏季2.5倍,PDI下降速率明显弱于夏季。不同于夏季登陆TCs在拉尼娜年增多,秋TCs更易在厄尔尼诺年登陆广东;登陆广东秋TCs数与上一年冬春季厄尔尼诺–南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)指数相关系数达到0.3,并对后一年ENSO具有指示作用。秋TCs登陆频数与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数显著相关,1977—1996和1997—2016暖冷两个位相期,相关系数分别为−0.51和0.68。对比有无秋TCs的环境场,发现南海北部海温暖异常时,其西北侧激发的气旋性引导气流利于TCs登陆广东。

苏拉威西海海面高度多频率季节内变化及其机制分析

本文利用1993-2022年卫星高度计观测数据,分析苏拉威西海海面高度多频率季节内变化信号的时空特征,利用罗斯贝标准模理论给出动力解释。谱分析显示,苏拉威西海海面高度变化存在很强的30~90 d的季节内信号,其平均功率谱密度为半年内信号平均功率谱密度的13倍。这些季节内信号具有离散、不连续的谱峰周期,其中54.0 d和64.4 d的峰值最大,分别为30~90 d信号平均谱值的28倍和23倍。罗斯贝标准模态理论分析显示,近封闭的苏拉威西深海盆存在离散的罗斯贝标准模态。卫星高度计观测的季节内变化与罗斯贝标准模态结果的二维空间结构演化、周期以及西传速度一致,罗斯贝标准模态解的叠加呈现出与海面高度变化相似的方差分布,这说明苏拉威西海海盆的固有振荡是其季节内变化特征形成的重要机制之一。

瑞利参数在海浪波高机器学习预测中的应用

海浪直接影响海上活动和航行安全,同时也蕴藏着巨大的可再生能源,对海浪核心参数之一波高预测至关重要。基于2015年7月~2022年6月山东小麦岛(36°N,120.6°E)站点实测的波高数据,利用反向传播神经网络(back-propagation neural network,BPNN)、长短记忆网络(long short-term memory,LSTM)和支持向量机回归(support vector regression,SVR)三种机器学习模型对波高进行预测,并分析了瑞利参数的引入对预测结果的影响。结果显示,模型输入项引入瑞利参数后,对1 h和6 h波高预测提升效果有限,预测值与测试集的相关性提升不超过0.02,均方根误差的降低不超过0.01 m;在12h和24h的预测中,BPNN和LSTM模型预测结果相关性提升0.03~0.07,均方根误差降低0.02~0.03m,而SVR模型预测结果变化不显著。说明瑞利参数有助改善BPNN和LSTM模型中长期海浪预报。此外,特征扰动方法(机器学习中特征重要性的计算方法之一)验证了瑞利参数在波高预测中的重要性,瑞利参数的引入为波高的机器学习预测提供了新思路。

海底热流长期观测系统研制进展

浅海和俯冲海沟等海域,不仅是矿产和油气资源主潜力区,也是构造地震频发区,其浅表热流和深部温度信息对于了解板块俯冲和岩浆活动等过程至关重要.这些区域浅层地温场和热流场受到底水温度波动(BTV)强烈扰动,其背景热流需由长期观测来获取.在全面分析了国内外海底热流长期观测技术特点后,我们提出了系缆式海底热流长期观测方案,2013年起陆续开展了部分核心技术的预研究及一系列海底、湖底及浅孔试验.结果表明:(1)自主研制的长周期低功耗微型测温单元,在2~36℃的环境下可连续观测1年;系缆式投放与回收方案即使在地形陡峭、1.5 kn流速及无动力定位等条件下仍然可行.(2)南海北部BTV总体随水深变浅而增强,在浅水区对浅层地温场扰动不可忽略.例如,在水深2600~3200 m和850~1200 m海域分别为0.025~0.053℃(17天内)、0.182~0.417℃(2天内),而台西南盆地北坡(水深763 m)夏季的海底热流由浅表的0.69 W·m^(-2)转变为0.83 m以深的-0.25~-0.05 W·m^(-2).(3)兴伊措和湖光岩玛珥湖BTV向深部传导过程中其幅度逐渐减弱、相位滞后,进而导致热流方向与强度随季节发生变化.而康定中谷浅层(7 m内)地温在不同深度处同步波动,且冬高(35~36℃)夏低(28~32℃).推测为夏季大量降雨所致;其热流浅部低(0.504 W·m^(-2))深部高(0.901 W·m^(-2)),指示着鲜水河断裂带深部热流体上涌.这些预研究工作为后续系缆式海底热流长期观测系统的正式研制与应用奠定了扎实基础.

海南岛北部晚中-新生代剥露过程的低温年代学约束

【目的】研究海南岛大地构造在中-新生代的隆升剥露过程与热演化史,为华南地块的构造演化提供有力证据。【方法】利用磷灰石裂变径迹(AFT)、磷灰石及锆石(U-Th)/He等构造热年代学研究方法,重建海南岛北部岩体的构造-热演化历史,分析侵入岩体在不同构造热演化阶段的冷却剥蚀速率,并进一步探讨岩体隆升过程的动力学过程。【结果】AFT年龄介于(33.3±2.5)~(45.0±3.5)Ma之间,磷灰石平均长度为(12.68±0.28)~(13.04±0.9)μm;磷灰石(U-Th)/He(AHe)单颗粒年龄(36.3±2.2)~(60.2±3.7)Ma,锆石(U-Th)/He(ZHe)单颗粒年龄为(79.5±4.9)~(98.4±6.1)Ma及(37.1±2.3)~(59.6±3.7)Ma。联合反演热史揭示,研究区岩体自晚白垩世(约100 Ma)以来的冷却过程有明显的差异性,可分为4个阶段:1)约100~45 Ma相对缓慢冷却阶段;2)约45~35 Ma快速冷却剥蚀阶段;3)约30~35 Ma至10 Ma缓慢冷却过程;4)约10 Ma以来再次快速冷却剥露。【结论】海南岛北部花岗岩体阶段性抬升冷却与(古)太平洋板块的俯冲后撤、西南部印度-欧亚大陆碰撞和中新世晚期菲律宾海板块向西俯冲挤压有关。海南岛北部在Ⅰ、Ⅱ期(始新世晚期)剥蚀阶段基本造成总剥蚀量的2/3。

南海大气二氧化氮时空分布特征及其对海表叶绿素a浓度的影响

【目的】研究南海上层大气NO_(2)柱浓度的时空分布特征及其影响因素,探讨南海大气氮沉降通量及其对海表叶绿素a浓度的影响。【方法】使用2005—2020年大气NO_(2)柱浓度的OMI遥感产品、ERA-5再分析降水数据、边界层高度数据、风速数据以及海洋表层叶绿素a浓度月平均遥感数据,分析南海大气氮沉降通量及其对海表叶绿素a的影响。【结果与结论】南海附近区域大气高浓度NO_(2)主要分布在珠江三角洲。NO_(2)浓度随季节变化较大的区域主要分布在南海北部陆地、陆架;其余海域大气中NO_(2)浓度终年较低。珠江三角洲附近大气NO_(2)柱浓度高值出现在12月及次年1月,年平均氮沉降通量均值为13.50kg·hm^(-2)。南海北部陆架大气的NO_(2)柱浓度峰值出现在3月,氮沉降通量年平均值为4~8kg·hm^(-2),其余海域的NO_(2)柱浓度峰值则出现在3月或4月,氮沉降通量年平均值为0.5kg·hm^(-2)。NO_(2)柱浓度主要受到降水和风速的共同影响,其中,降水通过淋溶作用消耗NO_(2),风则通过稀释作用降低NO_(2)柱浓度,同时,冬季季风还可将南海北部陆地空气中的高浓度NO_(2)输送到南海。强厄尔尼诺事件过后的春季由于中南半岛生物质燃烧的增加以及珠江三角洲区域降水量增加,使得氮沉降通量出现明显增加。吕宋海峡西部,氮沉降能造成约10%的叶绿素a浓度增加。

安达曼海中尺度涡季节变化分析

利用AVISO提供的中尺度涡数据集,对1993-2019年间安达曼海中尺度涡的涡旋特征、运动规律及其季节变化机制进行统计分析。结果显示,27年间安达曼海共出现中尺度涡328个,其中反气旋涡(171个)多于气旋涡(157个),主要分布在中西部盆地深水区。涡旋平均寿命为46.4d,平均半径为111.8 km,平均振幅为4.7 cm,平均最大转速为24.8 cm/s,平均移动速度为15.0 cm/s,反气旋涡的平均半径、振幅和转速均大于气旋涡,而移动速度小于气旋涡。涡旋的半径、振幅和最大转速在其生命周期中都经历了先增大后减小的过程,移动速度则先减小后增大。在季节变化方面,反气旋涡和气旋涡性质冬夏对比呈现“跷跷板”现象,即夏季气旋涡比反气旋涡更多更强更大,冬季则反气旋涡更多更强更大;涡旋分布位置,夏季从北向南呈“气旋-反气旋-气旋”的极性反转交替分布,冬季则与之相反。动力机制分析显示,背景流场涡度可能影响安达曼海涡旋极性交替分布,正(负)涡度背景流利于气旋(反气旋)涡存在。涡旋能量变化机制显示,风强迫是安达曼海涡旋主要能量来源,风场能量输入与涡旋动能的季节变化吻合。

正构烷烃组成的古环境指示:以中全新世以来珠江口沉积物研究为例

该文分析了珠江口沉积物柱状样HKUV16中正构烷烃的长链奇碳烷烃含量(∑oddC_(25~33))、碳优势指数(CPI)、平均链长(ACL)、C_(31)C_(27)和海洋水生植物比重(P mar-aq),探讨了中全新世以来正构烷烃来源变化及对珠江流域环境变迁的指示。HKUV16的长链正构烷烃特征指示其主要来自陆源高等植物。在8.0~7.0 ka BP期间,∑oddC_(25~33)、CPI值和P mar-aq值增加,ACL和C_(31)C_(27)为低值,指示该时期陆源有机质输入增加,木本植物占比大,珠江流域气候湿润。在7.0~3.2 ka BP期间,∑oddC_(25~33)降低,表明陆源有机质输入减少,而ACL和C_(31)C_(27)呈增—减—增的变化趋势,指示珠江流域可能经历了干旱—湿润—干旱的气候变化。3.2~2.2 ka BP,ACL、C_(31)C_(27)的高值显示此时草本植物占比明显增大,可能意味着该时期的气候较为干旱。多指标综合显示2.2 ka BP之前珠江口沉积物的正构烷烃变化主要受夏季风的影响,而2.2 ka BP以来不断增强的人类活动可能成为影响珠江流域生态环境的主导因素。

MJO对南海夏季降水的调制及其对海洋表层盐度的影响

基于向外长波辐射、降水、大气再分析资料和HYCOM(HYbrid Coordinate Ocean Model)盐度等资料,研究了MJO(Madden-Julian Oscillation,热带大气季节内振荡)对南海夏季降水的调制,并初步探讨了其对海洋表层盐度的影响。结果显示:MJO对南海夏季降水有显著的调制作用,导致南海降水具有强的季节内变化,其最显著周期为45 d。降水季节内信号在泰国湾北部、吕宋岛以西和台湾岛西南等迎风坡区域较强,而在越南外海的安南山脉背风区域较弱,且降水信号会随着MJO信号向东北方向移动。MJO对流抑制(活跃)中心所在区域,低层大气辐聚减弱(增强),中层大气对流减弱(增强),导致降水减少(增加);此外,MJO对流抑制(活跃)中心伴随的反气旋式(气旋式)环流会改变风场,风场减弱(增强)使得迎风区域的降水减少(增加)。MJO引起的降水异常进一步影响南海盐度,南海表层盐度也有明显的季节内变化特征,其显著周期和降水基本一致,为47 d,且盐度异常信号也随降水异常向东北移动。本研究结果有助于进一步了解南海降水和表层盐度的季节内变化特征。

关于海洋气象学学科归属问题的探讨

在揭示海洋气象学学科归属问题和影响的基础上,通过对相关学科内涵和外延的综合分析,厘清了海洋气象学学科归属。海洋气象学归属于大气科学比归属于海洋科学更适合其发展。厘清海洋气象学学科归属的关键是理解海洋—大气相互作用的多尺度特征。未来海洋气象学的发展极大地依赖于海上高科技探测技术、实地和遥感观测的综合应用、中小尺度海—气相互作用理论、多层次大气—海洋耦合模式,由此需要加强更小尺度的海洋—大气相互作用研究。分析结果可供大气科学和海洋科学科研、教学、业务、管理人员参考。

近红外光谱法间接测定白酒酒精度

白酒是深受消费者喜爱的一种日常含酒精饮品,酒精度是衡量其品质的关键指标之一。简单、快速的酒精度分析方法有助于提升白酒的检验效率。光谱法具有响应快速、无损分析的优点,可为酒精度的分析提供较好的帮助。水分子对红外光具有较好的吸收效果,基于此特征探究了利用近红外光谱间接分析白酒中酒精度的方法。研究发现光程对水和乙醇分子的紫外-可见-近红外吸收光谱有影响,水分子在1448 nm附近有一个独立的吸收峰,此吸收峰在光程10 mm条件下出现突跃,但当光程降低为1 mm时,峰形变为对称且平滑状态,可用于定量分析。乙醇水溶液在1000~1800 nm范围内的吸收峰随着乙醇含量的增大呈规律性递减,乙醇和水分子间的作用力未对二者的吸收光谱产生显著影响。提取1448 nm处的吸光度,得出吸光度与酒精含量的线性方程:A=1.38-0.013 m%(R 2=0.9967),酒精度低于20%或高于80%时的拟合效果存在较大的相对偏差。20%~80%范围获得拟合效果优良的线性拟合方程:A=1.40-0.014 m%(R 2=0.9993)。并通过购置的部分市售散装白酒和品牌瓶装白酒检验了该方法的可靠性,本方法对品牌瓶装白酒的检测与瓶身标记的酒精度的相对偏差较小,符合吸收光谱的允许误差范围,而对部分散装白酒的检测结果与其标注的酒精度相差较大,鉴于散装白酒在品质控制方面弱于品牌瓶装白酒,在一定程度上说明本方法在检测白酒酒精度方面具有较好的准确度,且具有方便、快速、无需辅助试剂、线性范围宽的优点,可作为一种快速分析白酒酒精度的测试手段。

不同PDO背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送差异

基于华南地区60个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日后向气流轨迹模式(HYSPLIT_4.9),分析了1960—2012年PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)不同相位期间,华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽的降水贡献率的差异。结果表明:1)锋面降水阶段,在PDO正相位期间,西太平洋-中国南海-孟加拉湾水汽较多;夏季风降水阶段,在PDO正位相期间,北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量较多。2)锋面降水阶段,水汽主要来自西北太平洋与中国南海,在PDO正相位期间,副热带高压位置偏北,使得西太平洋水汽输送路径偏北,有更多水汽向华南输送,有利于华南季风降水形成,降水与PDO呈显著的正相关关系。3)季风降水阶段,在PDO正位相期间,尽管北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量大,但并未都输送至华南,故形成的有效季风降水偏少,降水与PDO呈显著的负相关关系。

吕宋冷涡的年际变化及影响机制分析

基于吕宋岛附近海域1985—2020年的海表温度、风应力和海面高度等卫星资料,分析吕宋冷涡(Luzon Cold Eddy,LCE)强度及中心位置的年际及长期变化趋势,探讨风场和黑潮入侵在LCE变化过程中的作用。结果表明:35 a来,LCE整体呈现减弱趋势,其中心位置最大概率出现在(117°54′E,18°06′N)附近,且存在向西北方向偏移趋势。经验模态分解结果显示:LCE强度和位置的年际变化存在2~3 a、6~7 a以及12~13 a左右的本征周期,其中以3 a左右周期的模态为主导。信息流因果分析显示:LCE强度变化与风应力和风应力旋度互为因果,LCE对风场的影响大于风场对LCE的影响。在3 a时间尺度上,LCE主要受到风的影响,而在10 a以上长时间尺度上,LCE变化则与黑潮入侵更相关。

洗脱剂极性对沉积物长链烯酮硅胶柱层析效果的影响

【目的】研究洗脱溶剂极性对海洋沉积物中C_(37)和C_(38)烯酮的柱层析分离效果及对重建古海表温度的影响,探寻能完全洗脱长链烯酮而不引入过多杂质的洗脱溶剂配比。【方法】通过改变正己烷(H)与二氯甲烷(D)体积比来调节洗脱液极性,按极性从小到大对标准样品进行洗脱,并计算每种烯酮分子的洗脱量。【结果】当V_(H)∶V_(D)=8∶1时烯酮开始被洗脱出,到1∶2时可被完全洗脱。烯酮C_(38:2)Et最先被洗脱出,而C_(37:3)最后被洗脱出。各烯酮分子被洗脱量的峰值出现在不同极性的洗脱液,按极性排序为C_(38:2)Et<C_(38:3)Et<(C_(38:2)Me、C_(37:2))<C_(37:3)。【结论】洗脱液极性对不同烯酮分子洗脱效果有差异,如果C_(37)洗脱不完全,可能会使U_(37)^(k')偏大,导致换算的温度偏高。V_(H)∶V_(D)小于1∶2时,烯酮分子可被完全洗脱。

湾流区涡旋对海洋垂向混合的影响

利用Argo高分辨率温盐数据和海面高度异常（SLA）数据对湾流区中尺度涡内外的混合情况进行了统计分析,结果表明,平均情况下300~540 m深度处反气旋涡内的混合率明显高于背景场,平均值量级达到4.0×10-5 m2 s-1,而涡外和气旋涡内平均混合率分别为1.6×10-5和0.8×10-5m2 s-1.反气旋涡内混合率量级在10-4 m2 s-1以上的概率达到29%,而涡外和气旋涡内情况下达到10-4 m2 s-1以上的概率仅为12%和5%.540~900 m深度上,涡内外的平均混合率量级一致.38个反气旋涡中有24个出现涡内部混合增强的现象,其中22个涡内剖面在观测时间前局地有大风过程存在或持续,混合情况与风应力有较好的对应关系,说明反气旋涡利于风生近惯性能量的下传.12个反气旋涡内剖面在540 m以下部分仍存在Thorpe尺度在5 m以上的水体翻转,甚至有3个达到了20 m以上,说明强混合现象在某些区域540 m以下的较深层仍然存在.

波浪破碎湍流混合研究综述

波浪破碎及其湍流混合研究一直是物理海洋学具有挑战性的问题.文章系统综述了自20世纪90年代以来,波浪破碎混合观测及其模式化研究方面取得的主要进展:1)波浪破碎湍流混合不能用经典的海气边界层Wall-layer相似性理论进行描述.波浪破碎能够在近海面几米的深度范围内形成湍流混合的增强层,所产生的湍流动能耗散率εdis是Wall-layer相似性理论预测结果的10—1000倍.2)波浪破碎湍流动能耗散率在波峰区域εdis∝z-2.3,而在波谷以下区域εdis∝exp(-αz)或εdis∝z-2.3)湍流混合长度是刻画波浪破碎混合非常重要的物理量,但迄今为止对波浪破碎湍流混合长度l的量化研究存在较大差异,l从0.1Hs到Hs(Hs为有效波高).如何确定波浪破碎湍流混合长度的定量表示是今后需要亟待解决的重要问题.