风对北部湾入海径流扩散影响的研究

本文根据北部湾红河等入海径流的最新资料,使用FVCOM数值模式计算风场显著不同的1988年和1989年夏季径流扩散特征;使用冬季平均风场计算包括径流在内的冬季北部湾环流。得出如下结论:(1)1988年8月,强的西南风除了在北部湾西岸产生较强的北向沿岸流外,东部涠洲岛附近形成气旋式环流;相应地在北部湾中偏北部有一个弱的反气旋涡,中部出现较大的气旋式环流;(2)1989年8月的西南风非常弱,表层的红河冲淡水主要沿北部湾西岸向南流,来自琼州海峡的余流,在北部湾北部形成范围较大的气旋式环流,与此同时,海湾南部也出现一个较强的气旋式环流;(3)冬季,在冬季偏北风驱动下,北部湾基本是气旋式环流,只有西北部水域出现一个反气旋式环流。     

基于HYCOM模拟的南海西北部环流

为研究北部湾在内的南海西北部海域环流结构的时空特征,本文基于Hybrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)模式和气象强迫数据,通过三重嵌套模拟研究南海西北部环流在风力强迫下的结构及其时空分布特征,结果表明:(1)南海西北部流场受季风影响较大,冬季基本为西南向流,夏季基本为东向流,流场结构复杂,外海涡旋众多,Ekman运动特征较为明显;(2)北部湾流场呈现出较强的密度流特征,冬季基本为气旋式环流,夏季同时存在较小尺度的气旋式和反气旋式环流; 7月湾口表层的气旋式环流结构向下直接影响到海底;(3)北部湾的海表面盐度受蒸发降雨影响较大,盐度分布西低东高,这与湾口和琼州海峡入侵的南海高盐海水有关;(4)在热盐作用和季风驱动下,琼州海峡的表、底层流冬季为西向流,夏季为东向流,冬季广东沿海地区的富营养化海水可能通过琼州海峡影响广西近海海域环境质量。     

北部湾环流研究述评

针对北部湾环流的季节变化和琼州海峡水体输送的传统观念,根据近20多年的海流、底质、浮游生物的实地调查资料,对众多的研究结果进行对比和评述。认为:从平均态来说,琼州海峡水体输送全年都是从东向西,冬季多于夏季;冬季北部湾环流是气旋式,夏季,北部湾北部环流是气旋式,南部是反气旋式,其中分界线大致在19°30′N处。北部湾存在多处上升流区域,不计越南沿岸,仅靠近我国大陆,就有广西沿海铁山港和北海的上升流区;海南省西部,从八所—莺歌海的上升流区;海南省南部上升流区。虽然,北部湾环流研究已取得长足进步,但是,还存在许多不足之处,如潮汐余流的研究:未能在充分考虑水体边界、实际风场、真实地形、潮汐余流、密度流等诸多要素情况下,计算出北部湾真实环流。     

北部湾冬半年环流特征及驱动机制分析

【目的】为了给北部湾的环境保护提供科学依据,研究北部湾冬半年的环流变化特征及其驱动机制。【方法】通过POM模型构建三维斜压后报模型,模拟2006~2007年南海西北部的环流,模拟时考虑了日平均风场、日平均热通量、河流径流和潮汐等强迫场;通过无季风驱动的敏感性实验分析东北季风对北部湾冬半年流场的作用;通过洋浦港外海在2005年12月25日到2006年1月25日的一个月海流观测数据来分析冬季海南岛西北岸的海流特征。【结果】模拟结果与观测数据吻合较好,北部湾冬半年环流呈气旋式,嵌套着南部的气旋式环流,而且秋季与冬季环流存在季节性振荡特征:在秋季,南部的气旋式环流可向北侵入至19°N,比冬季深入得多;在冬季,湾西岸和海南岛西北岸的南向流比秋季要强;这种季节性变化特征可从表层直达深层。另外,海南岛西北岸流在冬季为西南向而非东北向。【结论】冬半年北部湾的北部环流为局地风驱动,南部环流是由东北季风驱动的南海陆架流侵入北部湾而形成的;这种季节性涛动受东北季风的高频振荡分量驱动,尤其风场的南北向分量贡献较大,也说明风场的时间分辨率对北部湾环流影响较大;海南岛西北岸的西南向流受琼州海峡的西向流驱动,而东北季风只起辅助作用。     

防城港湾以西海域水体输运及其机制研究

为了探究防城港湾外海域的水体输运方式及机制，本文对历史调查数据及最新的海流调查资料的海流玫瑰图进行分析，结果发现：防城港湾以西海域的水体输运，冬季为反气旋式环流控制，水体输运主要为NE向；夏季为沿岸入海径流、气旋涡控制，水体输运主要为WSW向。春季和秋季，表层水体输运主要为WSW向，中层以下水体输运为NE向。风对表层流的影响较明显，夏季西南季风造成沿岸水的堆积产生正压梯度力使表层水体往西南向输运，但不起主导作用。中层以下主要受北部湾北部气旋式、反气旋式两种不同形式的环流控制。除此之外，琼州海峡西向流、入海径流、地形等对水体输运也产生重要的作用。     

黑潮和南海北部海流相互关联的数值模拟研究

根据北太平洋环境区域性模式的计算结果研究了黑潮和南海北部上层海流的相互关联问题。计算结果表明：在巴士海峡南部一年中大部分时间都有一部分黑潮水流入南海，其中一部分在南海呈一反气旋式弯曲，然后在巴士海峡北部又流回到黑潮主干；另一部分与南海北部的一个气旋式涡旋的北翼一起向西流动，有时可以一起 流到南海的内部海域。６月份南海北部并不存在气旋式涡旋，在巴士海峡南部进入南海的水，只呈反气旋式流动，从巴士海峡北     

南海表层环流和热结构特征的数值模拟与影响因素分析

 采用普林斯顿海洋模式,在真实的地形数据、计算区域右边界上半部分设为开边界的条件下,对南中国海98°-126°E,3°S -26°N的范围进行了环流和温度结构的模拟。模拟从静止的海洋开始,以1月份的月平均温盐数据为初始场,在12个不同的月平均风场驱动下,模式稳定地模拟了4个模式年。从第3年开始进行数据分析。首先从数值模拟的角度给出了南海表层环流和热结构的时空演变过程,继而详细分析了气候和环境因素的影响。结果表明：冬季南海主要被一个大的气旋式环流占据,夏季主要呈大的反气旋式环流。春季和秋季是季风转换季节,南海环流在受到上一个季节影响的同时也向下一个季节的典型流态转换,并由多个涡旋组成。此外,气候和环境条件的设置,都会影响到南海的环流和热结构特征。     

南海北部陆架碳循环模式的建立——水动力模式部分

采用普林斯顿海洋模式,旨在建立南海碳循环模式所必须的水动力子模式.该模式在海表采用全球海洋大气综合数据集(The Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set,COADS)资料进行强迫,开边界采用一个全球海洋模式的结果进行强迫.模式结果与卫星高度计和潮汐站水位两方面的实测资料都进行了对比检验,结果表明,模式值与长达7年的高度计月平均水位序列在海盆区和陆架区的平均误差分别为1.8 cm和3.8 cm;与潮汐站水位的平均误差为4.0 cm.模式结果显示,南海北部陆架区海流有显著的季节特征:冬季,沿岸流南下,流轴贴近岸线;夏季,南海反气旋式大环流在陆架沿等深线流向东北方向,流轴接近陆架边缘.模式结果与实测资料比较的误差较小,且与前人研究所得的大面分布也比较一致,因此该模式能成为南海北部碳循环模式的关键性子模式.     

南海Sverdrup环流的季节变化特征

利用气候平均的风应力资料,计算了平底南海内区海盆尺度的Sverdrup输送,得到南海海盆尺度Sverdrup环流的季节变化基本特征.将这些基本特征与历史观测资料相比,证实了在冬、夏、秋季风生环流在南海表层环流中的重要地位.明确指出风的非均匀性是南海海盆尺度环流呈现多中心的重要原因之一,秋、冬季南海北部18°N纬带处的西向强流可仅由局地风生成,南海南部环流比北部环流具有更明显的季节变化,春季风场有利于在海盆的中部发生环流的季节转换,秋季气旋式环流的向北输送最大.     

天气图上的涡旋动力学

天气图上有许多种涡旋型式。本文说明了天气图上的流场可以分解为旋转场和变形场:地转无摩擦的气旋、反气旋的涡旋型式是围绕中心点的闭合环流流;考虑摩擦的气旋、反气旋的流型是围绕焦点的螺旋型式;鞍型场有4个涡旋中心点(2个气旋和2个反气旋)与1个鞍点;阻塞高压和切断低压由1个涡旋中心点与1个鞍点组成。从以上结果可以清楚地了解实际大气涡旋形态的动力和形成机制。     

北部湾入海径流研究展望

北部湾属于大陆架上的一个浅海湾,入海河流众多。每年夏季汛期,流入北部湾的入海径流形成的冲淡水在湾内构成独特的夏季型水文分布特征,给海湾生态环境和动力环境带来巨大影响。然而,北部湾入海径流对广西海域生态系统影响的研究至今仍未引起关注。2015-2017年,课题组针对风对北部湾入海径流扩散的影响展开研究,揭示了一些现象和特征,但对入海径流复杂影响的认识还远远不够,且目前的研究也仅限于广西近海,范围十分有限,得出的结论其代表性显然不足。所以,鉴于北部湾特殊的地理位置,可借助数值模型计算结合具有针对性的观测数据的研究方法,将广西近海与北部湾全海湾联合在一起,深入研究越南红河入海径流与中国广西沿岸入海径流联合作用对北部湾北部生态系统环境的影响,找出影响北部湾北部海域海洋初级生产力高值区形成,以及广西沿海高浓度氮、磷营养水体来源的主要原因,为广西近海良好生态系统的建立提供科学依据。这既是今后广西入海径流研究的方向,更是急需开展研究的新课题。     

2007年夏季北部湾生态与环境要素分布规律研究

为获得北部湾生态要素分布规律更全面的认识,本文基于北部湾海表层温度、盐度和有关生态参数的遥感数据,利用2007年"908"专项调查资料,结合海流数值计算结果,分析了2007年夏季(6-8月)的海表层温度、盐度、叶绿素a浓度和颗粒有机碳(Particulate Organic Carban,POC)、颗粒无机碳(Particulate Inorganic Carban,PIC)浓度的分布态势并给予合理的动力机制解释:(1)北部湾表层叶绿素a浓度呈明显的自东向西、由近岸向湾中部逐渐递减的态势,高值区为琼州海峡、广西沿岸、越南沿岸和海南岛西南侧近海海域;(2) POC和PIC空间分布特征与叶绿素a相似,低值区均主要集中在湾口水交换较快区域;(3)入侵高盐水的33.5 PSU等值线最北可达到21°N;湾内存在一个上升流区域形成的高盐核心;(4)北部湾水温的高值区分布在广西沿岸和越南沿岸的浅水区;(5)叶绿素a、POC和PIC高值区与沿岸径流有关;(6)海南岛西南部叶绿素a、POC和PIC的高值区与上升流有关。上述分析虽然只是2007年一年的结果,但是结果却具有普遍的意义。     

基于模型耦合的北部湾风暴潮增水与风浪模拟研究

台风风暴潮引发的增水和风浪效应是造成沿海低地灾害和损失的重要因素。本文设计了区域嵌套、波-流耦合的有限元数值模拟系统,对北部湾及附近海域风浪和增水过程进行有效模拟,精度达到应用要求。结果表明北部湾在台风影响下引起明显风浪和增水效应。台风中心风浪较小,仅1 m以内;而台风臂扫过海域风浪较大,可达9 m以上。最大增水海域出现在北部湾东侧靠近琼州海峡附近,可达2.5 m。风浪与增水叠加具有非线性效应,最大增水与最大风浪出现时间如与大潮高潮位相遇易形成超高水位,将对北部湾沿岸低地造成巨大淹没风险。本研究意在突破北部湾现有模型局限性,为进一步深化科学研究和工程应用提供基础数据。     

Seasonal features of the Sverdrup circulation in the South China Sea

Based on the Sverdrup relation, using climatological wind stress data, the basin scale Sverdrup transport in the South China Sea(SCS) is calculated and the basic seasonal features of the Sverdrup circulation are obtained. A comparison of these calculated features with observations proves that the wind-driven circulation in the SCS is very important for the formation of the SCS upper oceanic circulation in winter, summer and fall. It is shown that the non-uniform sea surface wind is one of the causes to form multi circulation centers in the basin of the SCS. The westward current at 18°N is caused by the local wind, which is stronger in fall and winter. The seasonal variation of circulation in the southern SCS is much more remarkable than that in the north. The wind in spring is helpful to the seasonal reversal of the circulation in the central SCS. The northward transport of the cyclonic circulation reaches the maximum in fall.     

广西北部湾海域水质污染调查与分析

为全面了解广西北部湾海域水质污染状况,根据广西北部湾海域2021年8月（夏季）和2022年1月（冬季）表层海水调查数据,利用单因子污染指数法、有机污染指数法和综合污染指数法对广西北部湾海域进行水质污染分析和评价。研究表明：广西北部湾海域表层海水夏季和冬季pH、溶解态无机氮（DIN）、溶解态无机磷（DIP）和溶解氧（DO）存在不同程度超标,主要污染物为DIN和DIP,钦州湾和铁山港是各单因子主要超标海域。有机污染方面,仅夏季钦州湾湾内存在1个重度污染站位,在钦州湾和铁山港湾内出现中度污染,夏和冬两季分别占18.5%和13.6%,其余受污染海域同时出现在钦州湾、廉州湾和铁山港,夏和冬两季良好水质仅占3.7%和22.7%,均位于涠洲岛海域。综合污染方面,未发现严重污染水域,仅钦州湾在夏季出现中度污染,轻度污染在夏和冬两季分别占40.7%和31.8%,夏季除涠洲岛外其他海域均受到综合污染,冬季仅钦州湾和铁山港受到综合污染。整体而言,单因子超标率、水体有机污染和综合污染程度在夏季高于冬季,在湾内高于湾外。