资料同化在渤黄海风暴潮重现期 计算中的应用研究

基于渤黄海沿岸 14个潮位站的历史潮位资料,同时刻同化利用 W RF 大气模式驱动风暴潮数值模型模拟得到沿岸 2忆 格点的逐时风暴增水。通过烟台潮位站的同化试验以及与观测资料完整的塘沽和羊角沟潮位站进行重现期比较分析,表明最 优插值法可以提高数值模拟法计算得到的重现期风暴潮位的准确度,至少是在潮位站附近同化后的重现期值是合理可信的, 证实资料同化在渤黄海风暴潮重现期分析中具有良好的性能,可在大范围、高分辨率进行沿岸风暴潮重现期分析中予以采 用。据此给出了渤黄海沿岸五十年一遇和百年一遇风暴潮的分析结果,以期为渤黄海沿岸今后的布局规划和堤防建设工作提 供决策支持。     

WRF与MM5对2007年3月初强冷空气数值预报结果的对比分析

本文应用MM5模式和WRF模式,对2007年3月3～4日发生在中国渤黄海海域的强冷空气和黄海气旋发生过程的数值预报结果进行了比较分析。该过程产生的大风引发了我国渤黄海沿岸部分地区38年不遇的特大温带风暴潮。分析结果表明,WRF模式和MM5模式都成功地预报了这次强冷空气和黄海气旋共同作用产生的大风过程,与MM5模式对比,WRF模式更好地预报了引起这次大风过程的主要天气系统的位置和移动路径。     

1982–2019年渤、黄海海洋热浪时空变化特征分析

基于1982–2019年美国国家海洋和大气管理局最优插值海表温度资料,运用多种统计方法分析了渤、黄海海洋热浪（频次、持续时间、强度）的时空分布特征及与之相关的环流背景。结果表明:（1）海洋热浪具有一定的区域性差异,更强、更持久和更多的海洋热浪多集中在渤海和北黄海海区;（2）近38年来,渤、黄海海洋热浪变化趋势也具有明显的区域性差异,频次、年平均持续时间、年平均平均强度和最大强度总体呈增多、增强趋势,但朝鲜半岛沿岸海域没有显著变化,这与该地区的平均海温变化密切相关;（3）根据日平均海表面温度将海洋热浪分为中等、强、严重和极端4种等级,结果表明,除极端海洋热浪外,其他3种不同等级海洋热浪发生频次和增长趋势均存在显著的地理差异,中等强度海洋热浪在渤、黄海所有区域均频次偏多且有显著的增加趋势,而强和严重海洋热浪主要集中在我国的渤海海域,但渤、黄海区域极端海洋热浪几乎没有发生;（4）就渤、黄海区域平均而言,38年间,共发生83次海洋热浪,平均每年2.2次;海洋热浪具有明显的季节差异,不同等级强度的海洋热浪的多发季节均在夏季;（5）合成分析结果表明,夏季渤、黄海海洋热浪与大气环流密切相关,当从高层到低层贝加尔湖区域上空表现为大范围的相当正压结构的暖性高压异常时,盛行的下沉运动和高空西北气流,带来了晴朗的天气和更多的地面净太阳短波辐射,有利于渤、黄海海洋热浪的形成和维持。     

6-8月我国赤潮发生次数和面积大幅减少

国家海洋局近日发布的赤潮监测情况显示：今年6～8月，全国海域共发现赤潮15次，累计面积2874平方千米，与2007年同期相比，赤潮次数减少29次，累计面积减少2984平方千米。而且，今年的赤潮分布趋势有所不同。往年6—8月，全国赤潮主要分布于浙江沿岸海域，福建厦门、霞浦、黄岐近岸海域，广东深圳沿岸海域和青岛、秦皇岛、天津、黄骅等渤黄海沿岸海域。     

基于FVCOM的渤、黄海潮汐潮流数值模拟

本文基于FVCOM海洋模式,采用高分辨率非结构三角形网格,构建了渤、黄海区域的数值模型,对该海域M_2,S_2,N_2,K_2,K_1,O_1,P_1和Q_1八个主要分潮进行数值模拟。考虑实际岸线和水深情况,模型采用干湿网格可以较好模拟出沿岸的潮汐潮流。通过沿岸20个验潮站实测调和常数资料对模拟结果进行验证,M_2、S_2、K_1、O_1分潮振幅绝对平均偏差分别为4.57cm、4.62cm、3.84cm、4.86cm,迟角绝对平均偏差分别为6.78°、4.60°、3.81°、6.02°,计算值与观测值较为接近;表层潮流椭圆分布基本反映了渤、黄海海域的潮流特性,其中M_2分潮潮流最大流速在朝鲜半岛西北部海区可以超过190cm/s。     

渤黄海海域悬浮体季节性分布及主要运移路径

依据国家自然科学基金委公共航次2010年和2012年4个航次在渤黄海海域获得的现场悬浮体浓度数据及CTD海洋水文观测数据,结合MODIS L1B数据第4波段反射率值,建立了悬浮体浓度(SSC)与反射率强度的反演模型,反演了渤黄海海域表层悬浮体的月均分布。综合现场实测数据和遥感反演结果,研究渤黄海海域悬浮体的季节性变化特征。利用HYCOM数值模拟得到的各个层位流速数据,分析渤黄海海域主要断面的悬浮体扩散通量。结果表明,渤黄海海域表层悬浮体浓度高值区主要分布在黄河口莱州湾及渤海湾附近沿岸海域、山东半岛沿岸、苏北浅滩至长江口一带、罗洲群岛附近海域以及沿岸其他小河流入海口。渤黄海海域水体结构具有季节性变化特征。夏季,水体上下温差大、层化较强、水动力条件较弱,海域悬浮体浓度相对较低。而在冬季,海域气温较低,水体上下温差小,同时,渤黄海海域强劲的东北风盛行,水体混合强烈,海域悬浮体浓度较高。同时,黄海暖流和山东半岛沿岸流等流系加强,携带悬浮体的能力和效率均大大提高,冬季成为海域悬浮体输运的主要季节。在冬季,黄河三角洲沿岸、山东半岛沿岸以及苏北海岸等区域在强动力作用下的再悬浮成为海域的悬浮体主要来源。黄河三角洲沿岸再悬浮的沉积物通过渤海海峡的南端输入北黄海,在沿岸流的作用下悬浮体输送通量沿程增大,经过成山头海域后转向南输送,输送通量沿程减少,沉积物在黄海中部泥质沉积区汇聚。沉积动力的分析结果显示,冬春季节在山东半岛区域形成的混合锋面对悬浮体的输运路径有重要的影响。     

渤黄海冬季海温异常的时空分布特征及影响因子分析

基于Hadley中心提供的海表温度数据,分析了我国渤黄海冬季海温的时空分布特征,探讨了同期东亚环流场及前期太平洋海温场与渤、黄海冬季海温典型空间分布型态的相关关系。分析结果表明,渤黄海冬季海温具有4类典型的空间分布型式,且均具有显著的准2a振荡周期。东亚地区冬季高、中、低纬位势高度场的异常分布型态及我国近海低层环流系统之间的相互配置对渤黄海冬季海温分布型有显著影响;同时,前期太平洋关键海域海温异常的不同配置是渤黄海冬季4类典型海温异常型态的前兆强信号。     

冬、夏季渤黄海表层沉积物粒度特征差异及其成因分析

对渤海、黄海海域冬、夏两季表层沉积物取样,通过激光粒度仪得出粒度参数,进而分析讨论冬季强的沿岸流的作用、黄海暖流、夏季冷水团的影响以及地形、海底地貌特征、物源特征等对表层沉积物分布造成的影响。结果表明,冬、夏两季渤黄海表层沉积物粒度特征总体上相差不大,但部分海域如渤海中北部、渤海中南部、北黄海西北部近渤海海峡北部海域、山东半岛东北部海域、南黄海中部沉积物粒度特征存在明显季节性差异。表层沉积物粒度特征季节性差异与地形地貌、沿岸流、黄海暖流、黄海冷水团及物源密切相关。本研究对于探讨渤黄海不同季节表层沉积物沉积特征的影响机制、了解渤黄海区海洋动力过程的季节差异有积极意义。     

历史时期苏北平原潮灾的时空分布格局

依据史料的灾害记实以及海岸变迁和人工海堤修筑记录,采用文献调研方法,分析历史时期苏北平原潮灾的时空分布格局特征。研究结果表明,总体格局表现为:在新石器时代为弱灾期;汉时为易发期;隋至唐初为多发期;盛唐至宋以易发期为主,并兼有重灾期凸显;黄河夺淮后,又复多发期。据黄河夺淮至清末的历次潮灾记录分析结果显示,在危害程度上,大潮灾占总潮灾年的30%,中小潮灾各占35%。潮灾在发生时间上,存在1-3月的安全期和6-8月的高发期。在空间分布上,潮灾发生概率总体由南向北呈递减趋势。此外,旱期潮灾约占潮灾总数的10%。据现代水文气象和地形等资料讨论可知,年最高潮平均潮位与沿海陆面的高差在总体上由南向北呈递减趋势,台风增水的总体增幅南大北小,以及海面的季节性变化特征为潮灾时空分布格局的主要影响因素。     

渤、黄海风生流场季节循环时空模态与变异

根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式，以及旋转经验正交函数（REOF）、调和分析等方法，研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态，季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异，渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场，速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量，黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场，速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱，渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷 暖水体输送与汇集共同作用的结果，渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播，是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素，因此，速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素，夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素.     

黄河三角洲风暴潮特征与防潮大堤设计高度

根据记载资料统计了黄河三角洲历年潮灾高度和发生次数;东南转东北大风是黄河三角洲高潮成灾的主要天气形势;1960年和11964年黄河三角洲两次潮灾的高潮位皆是整个渤海增水后转成北减南增,渤海的增水量集中到莱洲湾构成特大潮灾;以黄河口M_2分潮无潮点为中心的潮波系统使神仙沟日附近有6小时左右的潮时差,西部和南部天文高潮位此起彼伏,同一增水量使每次潮灾以神仙沟口为界,西部遭灾时,南部安全;反之,南部遭灾时,西部安全;根据高潮位重现期,对计划施建的防潮大堤,按200年一遇的高潮位设计,建议由黄海平均海水面上6米,分西、中、南段分别降为4.5、4、5米,在确保安全前提下,降低工程投资。     

中国海域潮汐非调和常数的计算与分析

联合利用中国沿岸长期验潮站实测资料和全球海潮模型NAO.99b在中国海域的结果,进行潮汐非调和常数的计算.分别对渤海、黄海、东海和南海进行分析,结果表明,中国海域潮汐类型复杂,渤海、黄海、东海以半日潮性质为主,南海以日潮性质为主;渤海、南海平均大潮差多分布在0.42～2.09 m,平均小潮差分布在0.27～1.33 m,东海、黄海平均大潮差多分布在1.12～4.44 m,平均小潮差多分布在0.41～2.41 m;渤海、黄海平均大潮高潮位分布在0.48～1.77 m,东海在0.42～2.41 m,南海在0.21～1.35 m;渤海、东海以及南海北部浅海海域潮高日不等现象显著.     

黄海盐度场季节循环时空模态与机制

根据黄海1977年5月—1981年11月逐月大面盐度调查资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、调和分析和延迟相关分析等方法,分析了黄海5层盐度场季节循环时空模态与机制。黄海盐度场季节循环主要有2种时空模态:第一模态是对黄海沿岸河流径流、苏北沿岸水、渤南沿岸水和蒸发量与降水量之差季节变化的响应;第二模态是对黄海暖流高盐度水输送季节变化的响应。第一模态空间分量垂直方向为双层结构;第二模态为单层结构。2种模态季节变化位相自表层传播至底层均需要2个月,同层第二模态季节变化位相滞后第一模态2~3个月。各层2种模态时间分量季节循环时间为准对称型。表层温盐模态之间同步显著负相关,表层以深各层温盐模态之间有1~2个月延迟显著负相关。黄海盐度场季节变化容易受到年际变化影响出现季节变异。     

基于海温遥相关的渤黄海冬季气温与海冰预测方法

选取渤黄海历史冰情和气温资料、全球海温资料,分析了1971—2015年渤黄海冬季气温和冰情的变化特征。基于遥相关分析法,选取影响渤黄海冬季气温的前期海温关键区,建立了渤黄海冬季气温和冰级的预测模型。结果表明:渤黄海气温和冰情具有明显的年际和年代际变化,二者呈负相关关系;根据全球海温遥相关型,冰季前期的夏季海温对渤黄海冬季气温影响明显,海温关键区为赤道以北低纬度中东太平洋海域、北太平洋白令海西南海域、西南印度洋和澳大利亚东南沿岸海域。由此建立的预测模型与实际观测值具有较好的一致性。     

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。     

渤、黄海冬、夏季节风生流场年际变化时空模态与环流变异

根据1975—2017年冬、夏季节渤、黄海沿岸25个气象站风观测资料,采用二维非线性垂直平均风生流模式、旋转经验正交函数(REOF)等方法,研究了渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化时空模态与环流变异.由于冬、夏季节渤、黄海风应力场强度年际变化显著线性减弱趋势,冬季渤、黄海平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于夏季,黄海冬、夏季平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于渤海.渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化主要有两种时空模态,冬季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,冬季黄海垂直与水平环流准平衡态年际变化是主要分量.夏季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,夏季黄海大部分海域垂直环流显著线性减弱与局部垂直环流显著线性增强年际变化是主要分量,夏季黄海水平环流形态此消彼长显著线性增强及减弱年际变化是主要分量.冬季黄海暖流暖水向南黄海西侧以及向渤海中部输送过程是在3～4个环流之间传递形成,并非由单一环流输送形成.冬季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部至渤海海峡的气旋环流、黄海东部辐散下沉反气旋环流是冬季黄海暖流强度与范围的控制环流,夏季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部辐合上升气旋型环流是夏季渤、黄海冷水团强度与范围的控制环流,冬、夏季节渤、黄海控制环流年际变化形态的变换形成冬季黄海暖流与夏季渤、黄海冷水团暖年或冷年的年际变化.     

渤黄海表层沉积物粘土矿物组成及分布特征对物源的指示意义

通过对在渤、黄海海域73个站位的表层沉积物中粘土矿物种类和含量分析,研究了渤、黄海表层沉积物粘土矿物的组合类型、分布特征及其物质来源。研究结果表明,渤、黄表层粘土矿物组合为:伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石,渤海表层粘土粒级沉积物中有方解石存在,黄海表层粘土粒级沉积物中有长石存在。伊利石含量最高,高岭石和绿泥石含量次之,蒙脱石含量最低。伊利石含量在渤海含量高,北黄海含量低,南黄海西高东低;蒙脱石含量在渤海高,在北黄海东高西低,在南黄海西高东低;高岭石含量在渤海低,在黄海高;绿泥石含量分布与蒙脱石相反,在渤海低,在北黄海东低西高,在南黄海西低东高。渤、黄海沉积物主要是入海河流输入的陆源物质,渤海沉积物以黄河物质为主。黄海沉积物主要来自黄海沿岸流携带来的现代黄河物质,老黄河口堆积体受侵蚀而搬运的物质,以及黄海暖流和长江冲淡水带来的长江物质。     

渤黄东海潮能通量与潮能耗散

利用同化高度计资料和沿岸验潮站资料对潮汐数值模式进行同化,根据同化后的数值模式结果,对渤黄东海中的潮能通量和潮能耗散进行了研究.M2分潮从太平洋进入渤黄东海的潮能为122.499GW,占4个主要分潮进入总量的79%.黄海是半日分潮潮能耗散的主要海区.全日分潮则主要耗散在东海.全日分潮在遇到陆坡的阻挡以后有一部分潮能沿着冲绳海槽向西南传播,并有一部分潮能反射回太平洋,其中O1分潮通过C3断面反射回太平洋的潮能,约占其传入东海潮能的44%.     

基于FVCOM的渤、黄海M_2分潮的数值模拟

本文基于有限体积方法的海洋数值模式FVCOM,对渤、黄海M2分潮潮汐、潮流进行数值模拟。模式水平采用不规则三角形网格,较好地拟合曲折岸线并提高近岸海域的网格分辨率;底摩擦采用数值模式同化结果,较真实的反应了海底实际底摩擦状况;采用干/湿处理模块,可以较好模拟近岸的潮汐潮流。通过沿岸19个验潮站M2分潮潮汐调和常数的实测值与计算值的对比,振幅平均误差为5.6 cm,位相平均误差为6.1(°),模拟值与实测值较为接近。表层潮流椭圆的分布,基本反映了渤海及黄海北部的潮流特征。     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。