夏季长江口及其邻近海域湍流特征分析

利用2019年7月在长江口科学考察实验研究夏季航段(NORC2019-03-02)中获得的MSS90L湍流剖面仪的直接观测数据,本文计算并分析了该断面的湍动能耗散率ε和垂向湍扩散系数K_Z的分布情况。湍动能耗散率的大小为1.72×10⁻¹⁰～2.95×10⁻⁵ W/kg;垂向湍扩散系数的大小为3.24×10⁻⁷～4.55×10⁻² m²/s。湍动能耗散率和垂向湍扩散系数的分布相似,均为上层最强,底层次之,中层最弱。上层由于风应力的作用,使得湍动能耗散率和垂向湍扩散系数较大;温跃层处层化较强,抑制了湍动能的耗散和垂向上的湍混合。盐度锋面的次级环流会促使低盐水团脱离,锋面引起的垂向环流会加强海洋的湍混合。低盐水团与外界的能量交换较少,湍动能耗散率较弱。长江口海区存在明显的上升流和下降流,它们是由锋面的次级环流产生的;上升流和下降流的存在促进湍动能的耗散与湍混合。     

潮汐应变对长江口北槽枯季湍流混合与层化的影响

利用TELEMAC-3D开展了长江口北槽2010年枯季条件下湍流混合与层化的有限元数学模拟研究。该模型在外海开边界设置了8个主要分潮,并在自由表面考虑了定常风的影响,利用北槽水域3个潮位站(横沙、北槽中、牛皮礁)和2个水文观测站(北槽中段CSW、北槽下段CS8)2010年枯季的潮位、流速及盐度观测资料对模型进行验证并获得了良好的精度,从而得到北槽水域纵向、平面流场和盐度场。模拟得到的流速、盐度被用来计算势能差异(φ)、势能差异变化率(φ/t)、Simpson数(Si)和梯度Richardson数(Ri)。结果显示:1)北槽水域大潮平均和小潮平均的势能差异的变化范围分别约为0~30 J/m3和0~90 J/m3,且较大的势能差异基本位于主航槽,这些表明北槽水体小潮的层化大约是大潮的3倍,主航槽的层化强于坝田区,而北槽中段往往具有更强的层化。2)落急时刻,就北槽下段而言,潮汐应变、潮汐与风共同搅动引起的势能差异变化率的范围分别约为-20×10-4~100×10-4W/m3、0~100×10-4W/m3,这些表明,从大潮至小潮,潮汐应变总体增强而潮汐与风共同搅动总体减弱。空间上,主航槽丁坝附近的潮汐应变明显强于坝田区,潮汐与风共同搅动的强度在坝田区内、外也存在差异,导堤和丁坝的影响明显。3)对于北槽下段CS8站,大潮至中潮的Si数在0.15~0.4之间(介于下临界值0.088和上临界值0.84之间),表明潮汐与风共同搅动占优,属于应变致周期性层化(SIPS)。小潮的Si数在0.9~1.5之间(高于上临界值0.84),表明潮汐应变显著增强并占优,属于持续性层化。4)北槽下段CS8站梯度Ri数的量级范围在混合较好的表层和底层约10-3~10-2,在层化较好的中间水层约100~101。该站湍动能耗散率的量级范围大潮为10-3~10-9W/kg,小潮为10-5~10-10W/kg,具有明显的M4周期性特征和涨、落潮不对称分布,且表层和底层分别由于风应力和底摩擦作用而具有较强的耗散,中间水层稳定层化区的耗散则显著减小,潮汐应变是造成湍动能耗散率在涨、落潮周期内不对称分布的重要因素。     

渤海弱层化期湍流混合观测特征分析

利用2017年9月在渤海共享航次中取得的湍流混合直接观测数据,本文研究了渤海海域湍流混合的空间分布特征及有关的影响因素。9月观测海区水体垂向层结较弱,莱州湾受黄河冲淡水影响出现高温低盐结构,位于渤海中央浅滩南北两侧洼地的双中心冷水结构依旧存在。湍流观测结果表明湍动能耗散率在10^-9～10^-5W/kg之间变化,统计上满足对数正态分布。耗散率强值区出现在辽东湾及渤海湾湾口近岸处,相应的垂向湍扩散系数约为10^-6～10^-2m²/s。垂向上,水体表、底层混合较强,进一步研究发现弱层化水体的平均湍动能耗散率〈ε〉与风速和正压潮流速的大小存在正相关关系。另一方面,耗散率ε与浮性频率N近似满足ε=2.0×10^-8+3.0×10^-7(N²/N₀²)^-5的拟合函数关系,反映了层化对水体垂向混合的抑制作用。     

长江口南港底部边界层特征的观测与分析

对长江口2002年和2003年共4个潮周期的数据进行了分析,通过流速对数剖面公式计算边界层参数,并对各个潮周期内的边界层参数的变化规律进行了分析,同时也对悬沙输送可能对垂向水流结构以及边界层参数造成的影响进行了探讨。结果表明,悬沙的时间分布特征对温度、盐度、水体密度的分布格局有重要影响,主要表现在水体的Rf值普遍较高,分层稳定。此外,悬沙也可影响边界层参数,从而对水流结构产生影响。由于水体的层化作用,使层间的摩擦阻力增大,相当于在垂向上产生不同内边界层,因而影响了流速在垂向上的变化。     

黄海西部海洋湍流的季节变化特征分析

在2006—2007年开展的"中国近海海洋综合调查与评价"项目中,作者利用自由下降湍流剖面仪MSS60在南黄海海区分别进行了夏、冬、秋季三个航次的微尺度湍流观测,并计算分析了该海区的湍动能耗散系数ε,湍扩散系数κ等。通过与温度、流速分布图对比,结果表明三个季节的湍流混合趋势大体一致。在沿岸浅水区,混合作用比较强烈。而深水区湍流混合的垂直分布明显地表现出三层结构,混合较强的上混合层和底混合层,及相对较弱的中层。风混合和潮混合是黄海湍流混合的主要形式。风的影响主要表现在海洋上层,潮流的影响则表现于底层。     

南极西北威德尔海上层海洋湍流混合研究

Turbulent mixing in the upper ocean(30-200 m) of the northwestern Weddell Sea is investigated based on profiles of temperature,salinity and microstructure data obtained during February 2014.Vertical thermohaline structures are distinct due to geographic features and sea ice distribution,resulting in that turbulent dissipation rates(ε) and turbulent diffusivity(K) are vertically and spatially non-uniform.On the shelf north of Antarctic Peninsula and Philip Ridge,with a relatively homogeneous vertical structure of temperature and salinity through the entire water column in the upper 200 m,both ε and K show significantly enhanced values in the order of O(10~(-7))-O(10~(-6)) W/kg and O(10~(-3))-O(10~(-2)) m~2/s respectively,about two or three orders of magnitude higher than those in the open ocean.Mixing intensities tend to be mild due to strong stratification in the Powell Basin and South Orkney Plateau,where s decreases with depth from O(10~(-8)) to O(10~(-9)) W/kg,while K changes vertically in an inverse direction relative to s from O(10~(-6)) to O(10~(-5)) m~2/s.In the marginal ice zone,K is vertically stable with the order of10~(-4) m~2/s although both intense dissipation and strong stratification occur at depth of 50-100 m below a cold freshened mixed layer.Though previous studies indentify wind work and tides as the primary energy sources for turbulent mixing in coastal regions,our results indicate weak relationship between K and wind stress or tidal kinetic energy.Instead,intensified mixing occurs with large bottom roughness,demonstrating that only when internal waves generated by wind and tide impinge on steep topography can the energy dissipate to support mixing.In addition,geostrophic current flowing out of the Weddell Sea through the gap west of Philip Passage is another energy source contributing to the local intense mixing.     

南海南部上层的湍流混合特征

A turbulent microstructure experiment was undertaken at a low latitude of 10°N in the South China Sea in late August 2012. The characteristics of the eddy diffusivity above 650 m were analyzed, which is one order of magnitude larger than that in the open ocean at that low latitude. Enhanced eddy diffusivities by strong shears and sharp changes in topography were observed. The strongest eddy diffusivity occurred in the mixed layer, and it reached O(10–2 m2/s). Strong stratification in the thermocline inhibited the penetration of surface eddy diffusivities through the thermocline, where the mixing was weakest. Below the thermocline, where the background eddy diffusivity was approximately O(10–6 m2/s), the eddy diffusivity increased with depth, and its largest value was O(10–3 m2/s).     

基于精细温度观测的南海东北部陆坡-深海盆底层湍流混合*

南海是存在强湍流混合的边缘海之一, 但前人对南海湍流混合的研究更多关注的是中上层, 对底层则鲜有关注。本文基于高分辨率温度传感器于2019年5月在南海东北部22个站位海底上方0.5m处持续观测4.4d的温度数据, 分析了2216~3200m深度范围内底层海水温度的时间变化特征, 并探讨了地形粗糙度和内潮对底层湍流混合的影响。分析结果表明, 南海东北部各站位底层海水的温度变化量级约为10^-4~10^-3℃; 温度变化趋势与正压潮变化趋势不同, 温度能谱显示多数站位在全日和半日频带区间出现谱峰, 温度变化更多地受斜压潮影响, 全日、半日内潮起主要调制作用。陆坡-深海盆过渡区及深海盆底层的湍动能耗散率量级为10^-10~10^-9m²∙s^-3, 涡扩散系数量级为10^-4~10^-3m²∙s^-1。观测数据未能显示底层湍流混合与地形粗糙度存在明显的相关性。底层湍流混合的空间分布与过去观测到的南海北部深海盆内潮的南北不对称性分布一致。     

2012年夏季海南岛东岸上升流区的混合观测

The turbulent mixing in the upwelling region east of Hainan Island in the South China Sea is analyzed based on in situ microstructure observations made in July 2012. During the observation, strong upwelling appears in the coastal waters, which are 3℃ cooler than the offshore waters and have a salinity 1.0 greater than that of the offshore waters. The magnitude of the dissipation rate of turbulent kinetic energy ε in the upwelling region is O(10–9 W/kg), which is comparable to the general oceanic dissipation. The inferred eddy diffusivity K_ρ is O(10–6 m~2/s), which is one order of magnitude lower than that in the open ocean. The values are elevated to K_ρ≈O(10–4 m~2/s) near the boundaries. Weak mixing in the upwelling region is consistent with weak instability as a result of moderate shears versus strong stratifications by the joint influence of surface heating and upwelling of cold water.The validity of two fine-scale structure mixing parameterization models are tested by comparison with the observed dissipation rates. The results indicate that the model developed by Mac Kinnon and Gregg in 2003 provides relatively better estimates with magnitudes close to the observations. Mixing parameterization models need to be further improved in the coastal upwelling region.     

长江河口区边界层参数的观测与分析

2003年11月在长江口南槽用ADCP进行定点水文观测,结果表明研究区为不规则半日潮,在水流转向期流速较低时常出现悬沙浓度峰值。根据流速对数剖面分布模型与悬沙分布模型,分别计算了海底边界层参数,其中潮周期内摩阻流速可达0.15 m/s,粗糙长度为0.01~1.2 m,拖曳系数为10-3~10-4,边界层厚度为2~4 m,悬沙的沉降速率为0.2~6 mm/s。     

长江口冲积岛岸滩剖面形态和冲淤规律

根据海岸带和海岛两次调查的实测资料和水下地形图,用动力地貌学方法对长江口三岛岸滩剖面的形态和冲淤变化进行研究。结果表明,分汊河口冲积岛岸滩有“江岸型”、“洲头型”和“潮滩型”三种基本类型;河槽变迁导致“岸滩发生数年周期的变化,岸滩的季节性变化受风、海面、潮差和含沙量等多种因子影响,台风和寒潮则引周期更短的“风暴旋回”,受植被保护的沼泽滩面的冲淤过程与光滩截然不同。     

长江口海域水文环境要素分布及溶解氧垂向输运

本文基于2016年长江口海域(舟山绿华山)的连续观测数据,分析了该海域水文环境要素分布,并估算了溶解氧跨跃层垂向输运。本次观测发现,水体的温度、盐度和溶解氧剖面具有明显的分层结构,三者跃层具有相同的变化趋势且主要受潮流变化影响。通过计算,得到跃层浮性频率的平方(N2)在10–3—10–2/s2之间,剪切的平方(S2)介于10–5—10–2/s2。潮流活动会激发水体剪切不稳定促进水体中溶解氧的垂向交换。最后,采用简化的一维溶解氧垂向输运模型,得到观测周期内跨跃层输运的溶解氧的含量为4.75mmol/(m2·d),佐证层化是长江口海域出现氧亏损现象的主要原因之一。     

长江河口潮波传播机制及阈值效应分析

河口潮波传播过程受沿程地形(如河宽辐聚、水深变化)及上游径流等诸多因素影响,时空变化复杂。径潮动力非线性相互作用研究有利于揭示河口潮波传播的动力学机制,对河口区水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文基于2007—2009年长江河口沿程天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山、芜湖的逐日高、低潮位数据及大通站日均流量数据,统计分析不同河段潮波衰减率与余水位坡度随流量的变化特征,结果表明潮波衰减率绝对值与余水位坡度随流量增大并不是单调递增,而是存在一个阈值流量和区域,对应潮波衰减效应的极大值。为揭示这一阈值现象,采用一维水动力解析模型对研究河段的潮波传播过程进行模拟。结果表明,潮波传播的阈值现象主要是由于洪季上游回水作用随流量加强,余水位及水深增大,导致河口辐聚程度减小,而余水位坡度为适应河口形状变化亦有所减小,从而形成相对应的阈值流量和区域。     

长江河口拦门沙河床淤积和泥沙再悬浮过程

利用近２０年来长江河口所观测的地形、水文、悬沙和河床沉积物资料,着重对１９８８、１９８９、１９９６和１９９７年最新观测资料进行计算分析。结果表明,长江河口航道拦门沙河段来水沙量大,潮流作用强,潮波变形明显,水流挟沙力强。该河段潮流速随时间和空间变化,又处在盐淡水交换地带,流域和海域来沙在此河率时淤时冲,悬沙与床沙交换频繁,表现在涨急、落急时可床淤积层泥沙再次起动悬浮,憩流时只河床,在一个潮周期中含     

长江口及邻近海区浮游动物总生物量分析

依据1998年11月、1999年5月、2000年11月和2001年5月4个航次在长江口及其邻近海区调查所获得的大型浮游生物网垂直拖样品,对测区的浮游动物总生物量的总体水平,分布和种类组成进行了分析,并将研究结果与1958—1959年全国海洋普查的资料和1985—1986年“三峡工程对长江口及邻近海区生态与环境的影响”调查资料进行了同测区、同月份的对比。结果显示,测区1999年和2001年5月份浮游动物总生物量近几年比50年代末和80年代中期有明显增加,分别增加了1．43—1．76和0.95—1.22倍;11月份总生物量的分布格局和种类组成没有大的变化。这可能反映长江口及其邻近海区浮游动物的变动趋势,但仍需要更多的资料证实。     

长江口外海域冬、春季水温变化规律研究

收集了1963—1996年长江口外海域水温的观测数据,分析了该海域冬、春季表层、10m层、20m层和30m层不同层次水温的季节和年际变化规律,以及其间水温垂向结构的变化。季节变化上,表层多年平均水温在8月最高,3月最低,底层多年平均水温9月最高,3月最低。年际变化上,冬季在1979年存在一个由冷到暖的跃迁;4月水温的年际变化较冬季复杂,表层、10m层、20m层和30m层水温分别在1979、1973、1973和1975年发生从冷到暖的跃迁。水平分布上,冬季除东南角小范围表层水温降低外,沿岸及北部海区表层水温均升高,春季北部和南部中间海域水温升高,升温幅度由表层至30m层逐渐变小。垂向结构上,冬季表底混合均匀,表层与20m层的年际变化相关系数高达0.97,春季表层与20m层的水温差存在10年左右的变化周期。本文将一些可能影响春季水温年际变化的因素与海温进行了比较并发现,在冷期,春季表层海温与长江口外海域气温相关较暖期好,相关指数为0.79;而暖期的春季表层与20m层的水温差与净热通量相关系数较高,为0.65。     

夏季长江口海水中自由生活和颗粒附着古菌群落的组装过程研究

长江口位于长江和东海的重要交互区域,是研究海洋微生物生态作用的典型环境,但当前对海水中不同生活方式的海洋古菌在长江口的分布和组装过程尚未见系统的研究。采集夏季长江口海水中不同生活方式的古菌样品,基于宏基因组技术分析其多样性、分布特征和环境驱动因素,利用中性模型和零模型方法对其群落组装机制进行评估。研究结果显示泉古菌门(Crenarchaeota)是长江口古菌群落中的优势菌群。在科分类水平上,不同生活方式古菌群落组成存在差异, Marine Group II在自由生活状态(FL)中更加丰富,而Bathyarchaeia在颗粒附着状态(PA)中拥有更高的相对丰度。自由生活和颗粒附着古菌之间的相似性很高,说明多数古菌具有自由生活和颗粒附着的双重生活方式。对两种生活方式下古菌群落都有显著影响的重要环境因子是温度、盐度和硅酸盐含量;亚硝酸盐显著影响自由生活的古菌群落,叶绿素a显著影响颗粒附着的古菌群落(P<0.05)。结合中性模型和零模型,发现长江口海水中古菌群落的组装由随机性过程主导,生态漂变(76%贡献度)是颗粒附着古菌群落的主要组装方式,而对自由生活的古菌群落,其组装受到扩散限制、均...     

长江河口悬浮颗粒物研究

１９９４年１１月、１９９６年９月和１９９７年１月使用ＦＡＣＳｃａｎ流式细胞仪技术等分析观测手段对长江河口悬浮体进行了研究。结果表明,长江河口悬浮体中,具有有机性的颗粒数占总颗粒数的６０％￣７０％;在颗粒粒径分布上,粗颗粒物质（〉８μｍ）主要为有机物质（生物残体、小型藻类、矿物－有机物集合体）,细颗粒物质（〈８μｍ）主要为粘土矿物、有有机物附着和具有有机裹层的粘呈集合体;有机性颗粒物质含量随盐度变化     

长江口悬浮体粒度特征及其季节性差异

1998年11月和1999年5月长江口悬浮体样品的激光粒度仪分析结果表明，长江口悬浮体粒度较细，分选较差，偏态和峰态偏小，粒度组成以粉砂为主；粘土含量次之，基本不含砂或砂含量很小，由陆向海平均粒径有由粗到细的变化趋势。粒度分布呈典型的非正态分布，存在“双峰”和“三峰”两种形式，表层样品以“双峰”分布为主，底层“三峰”或“双峰”并存。标准偏差-粒度曲线上多峰出现，反映了长江口悬浮体组成的复杂性。长江口悬浮体粒度特征有较大的季节变化。悬浮体粒度变化的影响因素包括泥沙来源、底质再悬浮、生物作用和絮凝作用，粒度特征的季节差异是这些因素综合作用的结果。     

长江口甲藻孢囊的初步研究

休眠孢囊在甲藻生活史中扮演着重要的角色 ,它们可以在沉积物中保留很长一段时间 ,因此能够提供水体中浮游植物多样性的综合记录。作者选择了长江口孢囊种类最多的一个站位 ( 1 2 2° 30 .64′E ,2 9° 0 .0 1′N) ,在 2 0 0 2年 1 1月、2 0 0 3年 2月和 5月采集了 3次样品 ,首次通过萌发试验对长江口沉积物中的甲藻孢囊进行了研究 ,根据孢囊和藻类的形态学特征鉴定了其中的 2 8种。这 2 8种孢囊均出现在 2 0 0 2年 1 1月的样品中 ,2 0 0 3年 2月和 5月的样品中分别发现了 5种和 1 7种。 9种甲藻孢囊在中国沿海首次被记录 ,它们是Alexandriumsp .,Scrippsiellaramonii,S .sp .1 ,Protoperidiniumsp .1 ,P .sp .2 ,P .sp .3,Diplopsalopsisorbicu laris,Diplopsalislebourae,Gyrodiniumsp .,并发现了A .tamarense,A .catenella和Lingulo diniumpolyedra等 3种有毒甲藻的孢囊。Protoperidiniumspp .中除了P .americanum萌发孔都是六角形的 ,而作者记录的P .sp .3萌发孔是裂开状 ,是一个特殊的现象。S .trochoidea和A .tamarense是研究站位的优势种 ,在 2 0 0 2年 1 1月的样品中分别占到 2 9.5 %和 1 1 .4%。长江口A .tamarense孢囊的丰度由于萌发可能被低估。孢囊的密度与其它海区相比较大 ,部分反映了该