南海海洋动力过程观测与模拟研究进展

主要从动力学角度回顾了近年来与南海环流有关的南海物理海洋学调查与模拟研究的进展。目前,对南海上层海洋海盆和次海盆尺度季节性环流的基本模态已经有了比较一致的认识,对特定区域中尺度的环流特征也达成共识。已有的观测和数值模拟研究工作在以下几个方面取得了很大的进展：研究南海准定常涡旋的空间分布,获得其时间演化的主要特征及影响其形成和演化的可能因素;研究行星波动在南海环流建立与调整过程中的作用,获得南海低阶行星波动的速度场分布以及南海环流建立与调整的典型时间尺度;分析并讨论南海与其周边海域,尤其是与西太平洋海域水交换的形式及其影响因素,初步了解海峡水交换的季节差异及其水平和垂向结构,提出黑潮入侵南海的几种形式。未来南海环流的研究方向将扩展到能量学机制方面,并包括热量、动能、动量和涡度等物理量的多时空尺度迁移。     

季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征初探

季风驱动下的南海海洋动力过程有着季节性的多尺度变化特征, 显著影响南海海洋生态系统的演化进程。海洋细菌作为海洋生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分, 对环境变化和海洋多尺度动力过程有着积极的响应。将微生物生态过程与海洋动力过程相结合, 研究微生物的群落结构、动态变化及其与海洋环境过程的耦合, 是目前国际海洋科学多学科交叉研究的热点之一。文章以国家自然科学基金重点项目“季风环流影响下的南海海洋细菌多样性特征及其生物海洋学意义”的主要研究成果为基础, 从南海北部上升流、海洋锋面、中尺度涡旋、次中尺度过程及其对海洋细菌多样性和生态系统可能的影响等几个方面, 探讨当前的研究进展和初步研究成果。     

印尼贯穿流源区环流的多尺度变异及其科学重要性

印尼贯穿流源区指的是苏拉威西海东部、马鲁古海北部以及棉兰老岛以东和巴布亚新几内亚岛以北的海域,其海洋环流的结构和变异对全球大洋环流的物质和能量平衡以及气候变化有重要影响,但是却缺乏大规模的现代海洋观测。本文总结近几年来基金委西太平洋开放共享航次、全球变化研究国家重大科学研究计划项目以及中科院海洋先导专项项目——"主流系与西太平洋暖池变异机制及其气候效应"等项目在低纬度西太平洋和印尼贯穿流源区的观测成果,初步刻画了印尼贯穿流源区海洋环流的多尺度结构特性,阐明这一海区环流对厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)动力学、季节内振荡研究以及全球变暖减缓和加速的重要性。介绍了项目团队在过去几年里,通过国际合作,促成中国科学院海洋研究所与印尼科学院海洋研究中心达成战略合作伙伴关系。目前,双方已经在印尼海和印尼贯穿流关键海峡进行了卓有成效的合作观测,建成了有史以来最大规模的印尼海同步潜标观测网,为探讨印尼贯穿流变异及其在全球气候变化的作用问题和服务国家"一带一路"倡议提供了坚实的数据基础。     

南海环流多尺度动力过程演变特征与机制研究进展

作为西太平洋最大的边缘热带海盆,南海具有季节性海盆尺度风生环流特性,具有越东偶极子、南海西边界流、黑潮入侵分支等主流系（空间尺度＞100 km）,也具有丰富的中尺度涡旋、锋面、上升流等中尺度过程（空间尺度约为O（10～100 km））和活跃的亚中尺度过程（O（1～10 km））等,而这些多尺度运动之间的能量转化是全球海洋能量循环的主要组成部分。本文主要概述了南海贯穿流特征、南海陆架陆坡流和西边界流特征、主流系对中尺度涡旋的影响、（亚）中尺度对湍流混合的影响四个方面取得的研究进展。目前的研究已发现主流系主要通过斜压不稳定将能量传递给中尺度过程,中尺度涡旋能量主要通过正压不稳定、剪切不稳定等过程将能量传递给小尺度过程。但是,多尺度运动之间能量传递过程的观测、南海中小尺度过程的能量逆级串过程及其对局地天气与气候的影响仍需进一步研究。     

近40年来对南海化学海洋学研究的新认知

作为西太平洋最大的边缘海, 南海在全球海洋和海洋学研究中占有重要地位。近40年来, 南海的化学海洋学研究取得了大量系统的新发现、新认识, 提出了不少新的理论观点, 对全球海洋学的发展进步做出了重要贡献。研究发现了南海次表层存在以海水亚硝酸盐为代表的生态环境参数极值现象, 不同参数水层深度范围不同, 由此形成的跃层生态系统有着与其他生态系统显著不同的特点。从系统研究获知, 南海碳循环过程十分复杂, 生物作用下的生物泵过程以及碳源汇区域和季节变化巨大, 南海碳源汇在不同的区域不同的时间的性质和强度迥异, 全年尺度上总体表现为大气二氧化碳的弱源。南海北部的珠江口邻近海域和深海盆的生态环境特征与化学物质循环和陆架边缘海、珊瑚礁等密切相关, 但又与陆架边缘海、珊瑚礁等显著不同, 表现为珠江口底层存在缺氧现象, 珠江口海域是一个以缺氧为特征的生态脆弱区。在系统认识南沙珊瑚礁生态系统物质循环快速、生物过程控制着化学物质的垂直转移的基础上, 提出了维持珊瑚礁生态系统高生产力的新机制——“拟流网理论”。对南海沉积物化学的系统研究认识到, 沉积物-水体化学物质循环有密切的耦合关系, 南海珊瑚礁或沉积岩心化学物质分布变化可反演其历史变化, 如南海冰期表层海水古生产力为间冰期的1.6倍; 晚中新世南海南部发生了一次“生物勃发事件”, 其生产力主要受季风和陆源营养物质输入量影响; 东北季风与西南季风在不同区域其影响程度不同等。40年来南海化学海洋学研究的这些新发现和新认识对系统揭示南海的海洋学过程奠定了强有力的基础, 未来南海化学海洋学研究也必将为南海资源环境的可持续利用提供科学支撑。     

盛夏南海的水文与环流特征: 2000年8月航次再探

在国家重点基础研究发展规划的支持下,2000年8月在南海组织了1次多船同步海洋学调查,是迄今为止盛夏期间唯一一次全海盆准同步水文观测。航次间遭遇的多种困难虽被及时化解,然而观测数据的质量已受影响。此前虽已有若干相关研究发表,但未见对观测数据进行质量控制和全面的分析。本文在对CTD和ADCP原始数据仔细校正的基础上,分析和讨论了盛夏期间南海海盆的水文和环流特征,冀留下尽可能完整的记录。分析表明,盛夏期间以海盆SW?NE向轴线为界,南海展现出不同的物理特征。轴线东南受季节性反气旋环流控制,其中次海盆尺度的南沙反气旋环流尤其强大;轴线西北则受各种中尺度现象支配,未见明显的大尺度环流结构。研究证实南沙反气旋环流的水平尺度超过400 km,垂直尺度达近千米,最大流速近1 m/s, 是夏季南海最突出的环流特征,但发现其位置和强度存在显著的年际变化。研究并发现,不同于以往的认识,观测期间民都洛海峡交换呈“三明治”结构,表明随强迫条件变化,民都洛海峡交换可出现不同模态。     

盛夏南海的水文与环流特征:2000年8月航次再探

在国家重点基础研究发展规划的支持下,2000年8月在南海组织了1次多船同步海洋学调查,是迄今为止盛夏期间唯一一次全海盆准同步水文观测。航次间遭遇的多种困难虽被及时化解,然而观测数据的质量已受影响。此前虽已有若干相关研究发表,但未见对观测数据进行质量控制和全面的分析。本文在对CTD和ADCP原始数据仔细校正的基础上,分析和讨论了盛夏期间南海海盆的水文和环流特征,冀留下尽可能完整的记录。分析表明,盛夏期间以海盆SW-NE向轴线为界,南海展现出不同的物理特征。轴线东南受季节性反气旋环流控制,其中次海盆尺度的南沙反气旋环流尤其强大;轴线西北则受各种中尺度现象支配,未见明显的大尺度环流结构。研究证实南沙反气旋环流的水平尺度超过400 km,垂直尺度达近千米,最大流速近1 m/s,是夏季南海最突出的环流特征,但发现其位置和强度存在显著的年际变化。研究并发现,不同于以往的认识,观测期间民都洛海峡交换呈"三明治"结构,表明随强迫条件变化,民都洛海峡交换可出现不同模态。     

南海十问

南海环流及其与世界大洋的联系带来许多重要的科学问题.本文前瞻性地提出了南海十个近期值得关注的重点研究方向,包括季风控制南海的通风问题、水团的形成和变性、海洋热盐及其质量平衡、环流能量学与海洋混合、中尺度涡、台风的海洋效应、深层海洋环流与古气候记录、南海与邻近大洋的相互作用、上升流与生态系统、以及对南海气候变化的响应.     

海洋与气候学视域下中北太平洋过渡区研究现状、启示与对策

中北太平洋过渡区是高低纬海洋西边界强化动力系统的接续区和交汇区,是大尺度和中小尺度海洋过程的突出集中区,是研究海洋和海气系统多尺度过程与海洋气候和环境生态效应的关键区。文章从海洋学和气候学角度简述中北太平洋过渡区相关海域有关科学研究成果,并就相关科学问题研究现状和不足提出启发性研究对策和建议。结果表明,中北太平洋过渡区对认识全球变暖背景下海洋与气候变化的临界条件、临界状态、跨界触发、通道机制等研究具有重要参考价值,建议通过国际合作主导引领相关地区海洋自主或联合调查,系统构建气候变化观测体系,发展多尺度过程互馈机制和可预测性研究,创建仿生仿真多功能耦合模型,突破致害致灾风险预评估与区划技术关键,为深化海洋与气候变化认识,防灾减灾研究,海洋区域治理和海洋环境与生态安全保障提供坚实的科技支撑。     

“中尺度涡旋研究”专辑征稿启事

尊敬的各位专家、学者:您好!物理海洋学已进入中尺度涡旋(范围为水平尺度1—500km、垂向尺度为米到数百米)的研究时代。在今后的10到20年间,海洋涡旋的基础理论、观测、数值模拟及其环境效应研究是海洋科学研究最为重要的     

南海夏季风爆发与西太平洋暖池区热含量及对流异常

利用1955～1998年逐月的上层海洋热含量资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了南海夏季风爆发与热带西太平洋暖池区热含量异常的关系,并对影响过程进行了探讨.结果表明:(1)热带西太平洋暖池区是热带上层海洋热含量变化最大的区域,暖池区的热含量的变化与ENSO关系密切,是ENSO循环的重要组成部分,也是影响南海夏季风爆发最明显的地区.(2)南海夏季风爆发与前期(特别是前期冬、春季)暖池热状态的变化有密切关系,当前期暖池热含量高时,南海夏季风爆发早,反之爆发晚,这与由暖池变化所产生的上空大气的对流活动密切相关;4月暖池区热含量高(低)是预报南海夏季风爆发早(晚)的一个很好指标.(3)西太平洋暖池区热含量正异常时,辐散中心位于南海—西太平洋,对流强,西太副高弱且位置偏东,季风环流(印度洋纬向环流和经向环流)和Walker环流为正距平环流;正距平的季风环流有利于低空西到西南气流的加强,南海夏季风爆发早,反之爆发晚.由暖池变化所引起的大尺度季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发的一个重要动力机制.     

南海及邻近海区科学数据中心资源建设初探

南海及邻近海区科学数据中心是国家地球系统科学数据中心的分中心, 其目标是通过联合热带海洋生物资源与生态、热带海洋环境动力领域和边缘海与大洋地质研究领域的优势力量, 建成具有南海特色的海洋科学数据资源共享服务平台, 促进海洋科学数据资源的开放共享与高效利用。南海及邻近海区科学数据中心资源在建设和实践过程中, 整合和共享了1985年以来南海水文、气象、生态、地质等多学科、多要素、多尺度的海洋科学数据资源, 一方面为南海海洋学各学科的科技创新提供精确、完整和可靠的海洋科学数据资源, 增强我国海洋科技创新能力; 另一方面为国家重大战略需求、海洋经济社会发展和相关决策活动提供数据基础支撑。     

东海区域海洋学调查研究回顾

由于近几十年来日益增强的人类活动影响,近海海洋环境较过去发生了巨大变化;科学认知近海海洋环境特征、变化和控制因素对于应对全球变化具有重要意义,是当前海洋学关注的重要议题。东海作为中国重要的海洋区域之一,存在独特的环流系统,孕育了大河口、上升流和黑潮三个代表性的生态系统,其海洋科学研究对于我国的海洋资源开发、环境保护和国家安全具有重要意义。本文通过对东海区域海洋学研究的现状进行综述,围绕海洋生物地球化学这一主线,重点总结了物理海洋学、海洋化学、海洋地质学和生物海洋学的相关研究进展,分析了目前存在的问题,并展望了未来的发展方向。研究表明,东海区域海洋环境受到人类活动和气候变化的深刻影响,呈现新的变化格局;长江径流输入、黑潮北上及其入侵陆架是东海三大生态系统格局形成的主要驱动力。除主要的环流结构外,穿刺锋面和跨陆架海流是连接东海内陆架和外陆架水体的主要动力过程,并促进了碳等重要生源物质的跨陆架输送。相关研究在海洋生态环境、应对气候变化、海洋灾害等方面取得了一定的成果,但仍面临着数据不足、研究领域不够广泛等挑战。东海海洋环境在时间和空间上变化均较大,且存在近岸富营养化、大河口低氧现象等主要环境...     

日本新海洋研究船“MIRAI”号

日本海洋科学技术中心所拥有的新海洋研究船“MIRAI”号是世界上最大最先进的海洋研究船之一。该船建造于1997年,属于破冰船级,装备有许多高精度仪器和设备,可用于未来全球延时海洋气象和海洋学观测及研究。其超常船体和专门设计的防摇装置,使它能够承担高纬度区和极地区极端气候条件下的观测任务。船上还装有一套TRITON海洋观测浮标阵,这是它不同与常规海洋学研究船的又一特点。     

南沙暖水变化及其与ENSO和西太副高的耦合关系

南沙暖水域位于南海南部,濒临赤道,处于Walker环流上升区和南北半球气流交换的通道上,是南海海温较高的区域,也是海气相互作用的敏感地区。热带海域海洋及大气环流的变化对该海域海温的变化有着重要影响。 以往的研究表明,南海海温与赤道中、东太平洋水温和西太平洋副热带高压关系密切(钮智旺,1994;陈永利,1996)。南海是一个半封闭性海域,南海海温的变化与热带西太平洋水温之间具有非“承接”性(周发琇,1991),与西太平洋之间的水体交换不可能是引起南海海温变化的主要原因。那么,赤道中、东太平洋海温及副高是通过什么过程影响南海海温呢?它们之间的相互关系如何?西太平洋副热带高压是控制南海海域的主要天气系统，厄尔尼诺和南方涛动是热带太平洋地区海洋、大气中的两种大尺度异常现象,南海海温与它们之间的耦合关系可能就是影响海温变化的过程。本文根据综合海洋大气资料(COADS),分析了南沙暖水的变化与南海海温的关系,并借助功率谱和交叉谱分析了南沙暖水的变化周期以及与赤道东、中太平洋水温、南方涛动和西太副高之间的显著耦合频域及相互耦合振荡关系,以探讨南沙暖水与ENSO(埃尔尼诺-南方涛动)和西太副高之间的内在联系及海温变化的原因,对于研究南沙暖水域及南海海温变化的物理成因有着重要意义。     

新一代海洋科学卫星的思考与展望

卫星遥感技术因其在海洋科学发展中的重要地位,已成为各国海洋研究的重要方向。本文以已实施的卫星计划为切入点,阐明了海洋科学卫星对海洋科学发展的重大推动作用,指出海洋遥感已进入科学卫星时代。针对当前海洋亚中尺度和近温跃层遥感观测的科学前沿需求,介绍了目前国际上正在实施的新一代科学卫星计划。重点围绕新一代海洋科学卫星的两大代表性载荷——干涉成像高度计和海洋激光雷达,回顾了测高技术和激光雷达技术的发展历程,展望了这两大载荷在亚中尺度海洋学、海洋跃层动力学和大数据海洋学领域的未来潜在应用,对中国海洋科学卫星未来的发展提供有益借鉴。     

赤道海洋波动弱非线性动力学系统浅析

通过对连续层化条件下赤道海洋波动及相关环流特征尺度和物理量的尺度分析,全面分析了赤道海洋波动及其相关环流所属动力学系统的性质。分析结果表明,该系统为以参数ε为表征的弱非线性动力学系统,在此基础上建立了适合描述赤道波非线性效应的动力学模型。     

南海加热场对副热带高压及其汛期降水的影响

本文通过分析,指出长江中、下游汛期降水与西太平洋副热带高压的脊线和西伸脊点的位置有密切的关系,而副热带高压的脊线异常变化,则受到南海加热场的影响,并发现南海夏季热交换值与前期叹季）海温场的异常变化有联系,该区海温场的年际变化与黑潮区域的海温场变化非常一致,因此。指出南海区域冬季海温场及其影响的热交换值,对大气环流和汛期降水的影响是不可忽视的一个重要因子,在研究海洋与大气间的相互作用过程中应引起注意。     

《海洋科学进展》编辑委员会

封面说明封面图片展示了印尼贯穿流海域复杂的海洋和大气环流特征.自西太平洋起源的印尼贯穿流和贯穿流南海分支分别经印尼海和南海流入印度洋,为大洋传送带提供了唯一的热带海洋通道;同时,大气赤道沃克环流的上升支也发生在该海域,使该海域成为全球降水最为丰沛的地区之一.由于地形复杂,且处于太平洋和印度洋潮波传播的汇聚区,引起印尼海剧烈的潮致混合,为海洋动力过程提供重要的能量输入,影响海洋上层环流和温盐结构,进而通过海气相互作用产生显著的天气和气候效应.详见本期综述《印度尼西亚海潮致混合研究现状与展望》,图片由作者提供.     

南海上层环流观测研究进展

回顾了近50a来南海环流研究的进展，重点介绍了近期有关南海上层总环流的观测研究成果，并就南海季风急流、南海暖流、南海南部的次海盆尺度环流，以及南海东北部环流的几个问题进行了专门讨论。