黄海西南部陆架锋区锋断面环流数值模拟

浅水陆架锋是近岸混合区与外海层化区的分界面,对近海海雾形成、渔业生产及污染扩散有重要影响。赵保仁根据实测SST资料利用Simpson-Hunter参量提出黄海沿岸区域存在潮混合控制的浅水陆架锋,他还进一步指出,黄海沿陆架锋与冷水团边界区是黄海的主要上升流区,即锋面上升流区,夏季黄海西部沿岸存在沿冷水团锋面南下的强流。James用这一诊断模型讨论过锋区环流情况,Garret等用的是半诊断模型。他们均得出垂直于锋面的断面内在锋区附近存在着双环流结构。     

南黄海西部的陆架锋及冷水团锋区环流结构的初步研究

本文依据1984年7月的实测水文资料和卫星图片,指出了南黄海西部存在着因潮混合形成的浅水陆架锋,分析了陆架锋区的水文结构,指出在冷水团锋面区域海洋上层存在着一个因下层冷水上升而形成的低温、高盐、高氧带,沿陆架锋及冷水团边界区域,是黄海的主要上升流区。本文还指出,夏季黄海沿岸流主要是一支沿黄海冷水团锋面南下的强流(jet)。在冷水团衰退时期,随着冷水团的退缩,这一沿锋面的流动将向外海推移。     

黄海潮生陆架锋的数值模拟研究

采用海洋三维热结构及环流模式,模拟了黄海在Ｍ２潮流混合作用下,夏季温度的分布和变化特征。从数值研究的角度,对黄海陆架水域的海洋锋现象,诸如苏北浅滩外、山东半岛东端、大连、木浦水域的锋面以及锋面沿岸一侧的表层冷水区的成因及分布进行了探讨,模拟结果再现了黄海陆架锋的潮生性质。     

苏北浅滩外侧潮汐锋的季节变化及结构分析

利用高分辨率(1/18°)的POM(Princeton Ocean Model)模式数值模拟结果,结合观测数据分析了苏北浅滩外侧潮汐锋的季节分布特征和变化规律。研究结果表明,苏北浅滩外侧潮汐锋的季节变化特征显著,春末开始出现,夏季底层温度锋强度最大且锋区位置较稳定,锋区宽度约40 km,平均强度约0.35℃/km,秋、冬季随上层海洋湍流垂向混合的加强,潮汐锋逐渐减弱至消失不见。对比实测数据和模拟结果发现,沿34°N断面,夏季潮汐锋区附近等温线明显抬升,存在由陡峭地形和分层流体的内埃克曼效应共同作用形成的上升流现象。次表层海水出现低温冷水区,位于122.2°E附近。跨锋区断面的温度和流场分布特征同浅水区强烈的潮混合过程密切相关,斜压在锋面处产生了较强的南向流动。本研究结果促进了对苏北浅滩外侧陆架潮汐锋结构特征的认识,为研究黄海西部生态环境的动力过程影响提供参考。     

夏季南黄海浅海潮汐锋对小拟哲水蚤和叶绿素a分布的影响

为分析夏季南黄海潮汐锋及其对浮游动物和初级生产分布的影响,本文利用2011年夏季航次的水文数据、小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)样品及叶绿素a资料,对南黄海潮汐锋区位置及小拟哲水蚤丰度和叶绿素a分布进行了研究,探讨了夏季南黄海潮汐锋对小拟哲水蚤丰度和初级生产分布的影响。结果表明,在调查水域存在明显的浅海潮汐锋;小拟哲水蚤丰度高值(18267ind/m3)出现在锋区,其低丰度值(1480ind/m3)出现于锋区附近混合区,两者之间相差1个数量级,其丰度由远岸层化区至锋区逐渐升高。叶绿素a表层浓度高值(4.7μg/L)出现在锋区附近层化区,锋区叶绿素a表层浓度较低(2.2μg/L)。锋区中出现小拟哲水蚤丰度高、表层叶绿素a浓度较低的现象,表明桡足类的摄食压力对初级生产具有明显影响。可见,潮汐锋是影响南黄海浮游生物分布的重要驱动因子。本研究可为深入探讨潮汐锋对跨锋区生物要素分布乃至海洋生态系统结构与功能的影响提供重要依据。     

黄海的风、潮混合特征及其对冷水团边界的影响

本文第一作者早在1985年就提出,潮混合效应控制着夏季黄海冷水团的边界及海面冷水分布(赵保仁,1985)。1987年又进一步通过水文调査资料和卫星图片给出了黄海周围的浅水陆架锋(或称潮汐锋)的分布及强锋区的跨锋断面中的温度、盐度和坏流结构特征,并指出夏季的黄海沿岸流在性质上属沿锋面运动的强流(赵保仁,1987a,b),而后又对黄海西部的陆架锋进行了一次专门调査(赵保仁等,1991)。此外,他还指出黄海的强温跃层的形成和转移现象也与潮混合现象密切相关(赵保仁,1989)。因此,研究潮混合现象对阐明发生在黄海的多水文物理现象都是至关重要的。 为深入了解黄海的潮混合特征,作者把渤海、黄海和东海作为一个整体完成了一次精度较高的潮汐、溯流数值计算,在潮汐、潮流的分布方面,揭示了前人尚未阐明的一些特征。本文根据这些数值结果,计算了近最大潮流流速和层化参数,阐明了渤海、黄海和东海的潮混合特征及其对降温期黄海冷水团分布变化的影响。此外,还用 Sim pson等人(1981)的能量模式计算了南黄海西部的风、潮混合效率。     

黄海温度锋及断面水温分布数值预报试验硏究

自Simpson和Hunter(1974)在对夏季爱尔兰海的研究中提出潮混合控制潮汐锋的概念以来,人们相继在许多强潮浅水区发现了潮汐锋现象,并做了大量的研究工作,对锋区的流场结构等特征,以及潮汐锋对周围环境的影响等有了更多的了解。在我国,赵保仁(1985)首先提出黄海存在潮汐锋现象,认为冷水团的温度锋可看作是底层的潮汐锋,并可利用近最大潮流流速计算层化参量来确定黄海潮汐锋(从而亦即温度锋)的位置,而且还可以根据已有调查资料和卫星图片揭示它的一些变化规律。他与合作者的一系列研究工作表明:黄海的潮混合及潮汐锋现象对黄海的温盐和水团分布、层化现象、强温跃层的分布变化、黄海的水平和垂直环流有重要影响和直接关系,进而可以推测黄海的潮混合及潮汐锋现象对黄海的物质输运、生态环境等有着重要的影响,因此研究黄海潮混合形成的温度锋和断面温度分布的数值预报方法是非常有必要的。 以往关于潮汐锋的数值研究大多数是诊断模式,用于求解潮汐锋形成以后锋区的环流结构等,而用数值方法模拟潮汐锋的形成和演化的工作却很少。在国外,只有王东平等(Wang et al.,1990)用二维模型,对垂直涡动扩散和粘性系数采用Munk-Anderson格式与湍流封闭格式嵌套的方法以反映边界层的作用,利用实测的大气强迫力和数值计算的潮流模拟了英国Celtic海的潮汐锋和海洋层化的变化问题,尚未涉及潮汐锋的形成过程。在国内,Bi和Zhao(1993)用一个二维数值模式对黄海34°N的潮汐锋进行了模拟,较好地模拟了从4月到8月潮汐锋的形成和演化过程。在此基础上,我们将进一步利用潮流分布及海面的热量和动量输入条件,以垂直均匀状态为初始条件,模拟黄海各主要断面的温度分布、温度锋和温跃层在增温期的形成和演化过程。     

黄海潮生陆架锋的分布

潮汐的搅拌作用,即潮混合,常常在中纬度陆架浅海中形成一种重要的水文现象——浅水陆架锋,亦称潮汐锋。黄海是一个半封闭的中纬度陆架浅海,水温的季节变化非常显著。黄海的潮能消耗又非常可观。据此,作者指出:夏季黄海的层化现象与潮混合有关;年复一年,黄海冷水团边界基本稳定,并且在冷水团边界附近海面总是存在着一些冷水分布,这类现象也是由潮混合形成的;由于近岸冷水的形成,在黄海冷水团边界附近海面还存在着浅水陆     

我国周边海域典型海洋锋特征建模研究

基于海洋锋空间位置、水平分布结构和垂直扩展特征等时空特征参数,结合海洋锋空间结构几何模型,建立了区域海洋锋温盐三维结构快速重构特征模型,对黄海西部沿岸锋和东海黑潮中段锋锋区温度场进行了仿真计算,并与实测数据进行了比较分析,实验结果表明：仿真结果与实测数据符合较好,实验结果验证了特征模型的有效性和可推广性。海洋锋区声速具有明显的水平梯度变化,对声纳的水下探测和反探测产生显著影响,因此,需要建立实时估计获取锋区水下温、盐结构的方法。海洋锋特征模型能够快速有效地重构海洋锋区温度场,为实时获取海洋锋水下结构特征提供了方法。     

南黄海物理-生物地球化学过程的时空异质性及内在关联和机制

研究多重物理过程控制下陆架边缘海生物地球化学过程的时空异质性及其生态响应，对于深入认识海洋生态系统具有重要的意义。基于相关历史观测资料和卫星遥感海表温度，本文综合分析了南黄海物理-生物地球化学过程的时空变化和空间异质性特征，探讨了该海域内部典型地理单元之间的内在关联和机制。结果显示，冷季沿岸流南向输送和暖季锋面上升流垂向输运的季节性交替是影响石岛外海与海州湾外侧海域生物地球化学和初级生产的重要物理过程。夏季苏北沿岸水的东北向扩展可形成浒苔离岸/跨区域输送的动力驱动。暖季水体层化显著影响着南黄海中部冷水团海域的生物地球化学过程，春至秋季冷水团海域底层水体中的营养盐逐渐累积，形成了营养盐的重要贮库；层化季节黄海冷水团边界锋区上升流系统的存在使得南黄海叶绿素a和初级生产力高值区位置同海表低温涌升流区总体相一致。冷季南黄海西部南下的冷水与中部北向入侵的暖水共同导致了“S”型锋面的形成；暖季黄海冷水团边界锋区的上升流系统是连接层化海域和近岸区的纽带，可实现对冷水团内部营养盐的提取，从而将冷水团内部和边界区的生物地球化学过程形成有机连接，并在成山角-石岛外海、海州湾外侧、苏北浅滩东部形成三个典型的物理-生物地球化学相互作用区。本研究细化和整合了南黄海区域海洋学研究，揭示了该海域物理-生物地球化学过程的空间异质性特征和不同地理单元之间的关联性及机制，获得了对南黄海水文-生物地球化学-生态过程的综合、系统认知。     

横穿黑潮锋断面的流场结构

基于一组简化了的运动方程组，在充分考虑底Ekman层作用的情况下，提出一种横穿锋面的断面上流场结构的计算方法。应用该方法对东海横穿黑潮锋的不同断面上的流场（1989－1990年资料）进行计算。结果表明，黑潮锋左侧（向岸侧）存在较强的上升流，而锋区右侧（离岸侧）表现为海水的下降运动。垂直流速为（1－20）×10－3cm／s的量级，而横穿锋面方向的水平流速为1－3cm／s，其中以夏、秋季跃层附近最强。在陆架坡折处，上升流转向陆架。同时，还分析了正压场和斜压场对这种流场的不同贡献，认为在黑潮区，正压场起主要作用;而在内陆架区，斜压场则变得重要。将计算的流场与硝酸盐的分布比较表明，两者有较好的对应关系。     

Numerical study of tidal front with varying sharpness in spring and neap tidal cycle

The temporal variation of tidal-front sharpness (i.e., the maximal gradient of sea surface temperature (SST)) in Iyo-Nada, Japan has been investigated using SST obtained by a commercial ferryboat. Tidal-front sharpness varies in time with a period of 15 days. A numerical model approach was also adopted to investigate the temporal variation of frontal sharpness. The numerical model, which contains a restoring term to express the tidal front reconstructed fortnightly by tides, reproduces the tidal front accompanied by growing and/or decaying frontal waves. The amplitude of modeled frontal sharpness agrees well with the observation. The amplitude of sharpness is much smaller than the observed value, unless frontal waves develop along the modeled front. This therefore implies that tidal fronts are destroyed mainly due to growing frontal waves, and are restored fortnightly at spring tides. We quantitatively evaluated the subsurface intrusion of seawater into the stratified region from the mixed region by conducting passive-tracer experiments. We find that the cross-frontal transport with frontal waves is 4.9 times larger than that without frontal waves. In addition, the cross-frontal transport reaches a long distance (about 25 km) because of heton (mushroom)-type eddies developing along the front with frontal waves.     

Thermal fronts and cross-frontal heat flux in the southern Huanghai Sea and the East China Sea

Synoptic features in/around thermal fronts and cross-frontal heat fluxes in the southern Huanghai./Yellow Sea and East China Sea （HES） were examined using the data collected from four airborne expendable bathythermograph surveys with horizontal approxmately 35 km and vertical 1 m（from the surface to 400 m deep） spacings. Since the fronts are strongly affected by HES current system, the synoptic thermal features in/around them represent the interaction of currents with surrounding water masses. These features can not be obtained from climatological data. The identified thermal features are listed as follows ： （ 1 ） multiple boundaries of cold water, asymmetric thermocline intrusion, locally-split front by homogeneous water of approxmately 18 ℃, and mergence of the front by the Taiwan Warm Current in/around summertime southern Cheju - Changjiang/Yangtze front and Tsushima front; （2） springtime frontal eddy-like feature around Tsushima front; （3） year-round cyclonic meandering and summertime temperature-inversion at the bottom of the surface mixed layer in Cheju - Tsushima front; and （4） multistructure of Kuroshio front. In the Kuroshio front the mean variance of vertical temperature gradient is an order of degree smaller than that in other HES fronts. The southern Cheju- Changjiang front and Cheju -Tsushima front are connected with each other in the summer with comparable cross-frontal temperature gradient. However, cross-frontal heat flux and lateral eddy diffusivity are stronger in the southern Cheju - Changjiang front. The cross-frontal heat exchange is the largest in the mixing zone between the modified Huanghai Sea bottom cold water and the Tsushima Warm Current, which is attributable to enhanced thermocline intrusions.     

南黄海西部36°N断面生态环境特征及其季节变化

重点研究了南黄海西部36°N断面水文、生源要素的四季变化特征,阐明了该断面诸参数四季变化的主控因素,并以此反映和指示了与其相关海域的生态环境特征.结果表明:黄海冷水团及黄海暖流具有季节性演替变化规律;秋季跃层以下水体是一部分夏季冷水团残留水和黄海暖流水的混合水;断面西侧在四季均存在小范围的低盐冷水现象(即青岛冷水团),...     

秋季南黄海西部营养盐的分布及其与环流场的关系

重点分析和研究了秋季南黄海西部营养盐的分布状况和水文特征,并在此基础上探讨了营养盐分布及其运移规律与该海域环流场的关系.结果表明:长江冲淡水、苏北沿岸水以及鲁北沿岸水所引起的物质输入是导致南黄海西部近岸海域三个营养盐含量高值区形成的主要因素;由于跃层阻隔以及底层有机物的氧化分解,调查海域中部底层水体也存在较大面积的营养...     

青岛近海物理-生物地球化学过程及其生态响应

近些年来，夏季黄海浒苔大规模暴发，并在青岛近岸海域大面积聚集，引起了广泛的关注。本文基于在夏季和冬季所获得的多学科调查资料，重点研究了青岛近海的水文-生物地球化学过程及其生态影响，阐明了该海域物理-化学-生物等多参数之间的耦合响应。研究显示，夏季黄海冷水团的边界可扩展至青岛近岸海域，并在局部涌升至上层水体，形成沿岸上升流；该上升流可对上层营养盐产生一定的补充，进而促进浮游植物的繁殖，并于底层海域对应形成溶解氧（DO）和pH的低值。夏季青岛近海的上升流可能还有利于随南风漂移至此的浒苔的生长，并在一定程度上引起浒苔的局地旺发；同时，夏季该海域特定的锋面系统对浒苔聚集的影响也不容忽视。冬季黄海暖流在苏北浅滩外侧向山东半岛南部海域延伸，扩展至青岛近海的暖水舌与近岸低温水之间的锋面特征明显，而且在向岸暖水与近岸冷水间还对应形成了明显的营养盐和叶绿素（Chl-a）锋面。该项研究从多学科交叉的视角，增进了对青岛近海物理、化学和生物过程之间耦合关系的认识。     

Impacts of frontal stability and topography on cross-shelf exchange in the Northern Gulf of Mexico

The shelfbreak wintertime thermal front in the Northeastern Gulf of Mexico often exhibits meandering, eddy formation and warm-water intrusion. A high level of frontal variability plays an essential role in exchange processes across the shelf. This study examines the impacts of local frontal instability and bottom topography on turbulent heat exchange across the front using the results of two numerical models. Analysis of a series of numerical experiments reveals that the flow is baroclinically unstable. Predicted frontal instability contributes significantly to cross-frontal exchange and accounts for about 35% of the total eddy heat flux. Onshore eddy heat flux has the highest intensity at the frontal position. In addition, eddy activity and heat flux are sensitive to variation of bottom topography. For topographic features and frontal characteristics that are typical of the area, bottom steepness enhances the flux and is nearly proportional to the cross-frontal heat exchange. The study attempts to explain physical mechanisms that drive frontal circulation in the area and to quantify heat transport across the shelf. Estimated heat fluxes can provide important information for climate and ecosystem modeling of the Mississippi Bight.     

黄、东海地理环境与环流系统分析——长江口及济州岛邻近海域综合调查研究报告(第二章)

简要介绍了黄海和东海的地理环境概况,着重分析调查海域的环流系统。有如下一些初步看法与结论。 台湾暖流的前缘混合水,可从长江冲淡水底层穿越而影响到苏北沿岸,直到32°N以北的浅水区域。对马暖流西侧的水体是东海混合水,而其东侧为黑潮分支。黄海暖流的流向在不同季节具有规律的摆动。黄海底层冷水团属于季节性水团,其强盛及消衰与温跃层的形成及消亡紧密相关。黄海底层冷水团与中部底层冷水并非每年彼此独立,它们的共同特征甚至比其差异更明显。夏季东海冷水不能借助爬升侵入黄海底层冷水团内部。在济州岛南部区域,中层的逆温、逆盐现象,是由黄海密度环流的扩散效应与东海冷水沿黄海底层冷水团边界的爬升这两个原因而形成的。     

Diagnostic study of the summer thermocline depth in the Huanghai Sea and the East China Sea

- In this paper, the depth of the summer thermocline of the South Huanghai Sea and the East China Sea is calculated with two kinds of one-dimentional models, and the formation reasons are explained for the summer thermocline depth distribution characteristics in the study area. It is proved that in the shelf area of the East China Sea, tidal mixing has an important impact on the thermocline depth. And a new explanation for certain phenomena of the so-called coastal upwelling in the East China Sea is proposed.