吕宋海峡及南海北部海域的水团分析

根据1992年3月和1994年9月台湾海峡两岸科学家对南海北部两次协同调查的CTD资料以及由此计算的重力势资料,对吕宋海峡及南海北部400m以上海水的温盐性质进行分析。结果发现,调查海区基本可划分为两种水团,即黑潮水和南海水。黑潮水主要从吕宋海峡中部和北部进入南海,侵入的黑潮水向西北方向扩展,受到台湾海峡海底地形的阻挡而大部分集中于台湾西南海域,向西的范围基本不超过119°E。虽然两次观测所处的季节不同（分别为春初和夏末）,但黑潮入侵南海的差异并不明显。另外,在二次调查的部分层次上,南海北部陆坡边缘都发现有一团水平尺度约百公里的黑潮性质水。配合重力势的水平分布形式,可以用地转流场的结构解释水团分析的结果。     

亚热带珊瑚礁海域枯水季pCO2的分布特征及CO2汇源转换机制-以深圳杨梅坑海域为例

由于存在极高的初级生产和高效的碳代谢速率,珊瑚礁海域二氧化碳(CO2)的汇/源属性仍存有争议.为明晰中国典型珊瑚礁海域CO2 的汇源属性及驱动因素,作者基于 2022 年 11 月(秋季)和 2023年 2 月(冬季)在深圳杨梅坑海域的调查结果并结合室内培养实验所获得的数据,探究了枯水季节典型亚热带珊瑚礁海水二氧化碳分压(pCO2)的分布特征及主要控制机制.结果表明,调查期间pCO2 的变化较大,其范围为 233.3～465.3 μatm.秋季表现为大气CO2 的汇,CO2 吸收通量为 1.66±0.41 mmol C/(m2/d);冬季表现为大气CO2 的弱源,其释放通量为 0.36±0.17 mmol C/(m2/d).调查期间(枯水季)杨梅坑海域受淡水输入的影响较小,季节性温度影响下的生物过程是驱动 pCO2 变化的关键因素,其贡献 pCO2 总变化量的 73.6％(表层)和 66.5％(底层).其中,浮游植物光合作用的季节差异是导致海水 CO2 汇源转变的主要成因,而微生物呼吸作用的影响甚微.相比较,物理过程(CO2 海-气交换、温度和盐度变化)对pCO2的影响相对较小,其作用结果远低于生物过程.此外,珊瑚的代谢活动对杨梅坑局部海域pCO2 分布产生一定影响,造成礁区pCO2 值高于非礁区.因此,海气CO2 通量估算中不能忽视局部海域珊瑚代谢作用的影响.     

基于浮标观测的春季青岛近岸海水pCO2变化及海-气CO2通量研究

利用海-气界面浮标观测得到的高频数据,分析了春季青岛近岸海域海表二氧化碳分压(pCO₂)的变化规律及驱动因素,并对海-气CO₂通量进行了估算。观测期间该海域由大气的碳汇转变为碳源,主要是由海表pCO₂的不断增长所致。对海表pCO₂控制因素进行分析,发现温度升高是pCO₂增长的主要驱动因素,生物过程起到一定的抑制作用。海表pCO₂呈现出日变化特征,温度和生物因素对海表pCO₂日变化的作用均与太阳辐射相关,但两者的作用相反。此外,分析发现浮标的不同采样频率会对海-气CO₂通量估算产生影响,缩短采样间隔能有效降低海-气CO₂通量估算的偏差,提高估算的准确性。     

黑潮入侵优化对南海北部中尺度涡旋模拟的影响

基于高分辨率海洋环流模式,通过比较吕宋海峡处地形优化后的黑潮入侵形态和强度不同的试验,我们研究了黑潮入侵优化后对南海中尺度涡模拟的影响。我们发现黑潮入侵的减弱导致了涡旋活动的减弱,这使得模式结果与观测结果更为相近。在这种情况下,模式模拟的吕宋海峡西部及北部陆坡区域的涡动动能明显减弱。模式涡动动能的减弱与模式反气旋式涡数量的减少和气旋式涡强度的减弱有关。涡动动能收支的分析进一步表明,黑潮入侵的优化将通过改变水平速度切变和温跃层斜率来改变涡动动能,而这两个参数分别与正压和斜压不稳定性有关。前者在模式涡动动能减弱中起着更为重要的作用,而黑潮入侵导致的涡动动能的水平输送对吕宋海峡西部区域的能量收支同样起着重要的作用。     

北部湾东北部春、夏季表层海水CO2分压的24 h变化及其调控机制研究

周日观测对掌握近海碳酸盐体系变化和海−气CO₂交换过程是必要的,有助于降低碳源汇评估的不确定性。针对北部湾东北部的英罗湾−安铺港海域,于2018年4月和8月利用24 h定点逐时采样观测了该区域表层海水碳酸盐体系及相关要素,分析了春、夏季的表层海水CO₂分压（pCO₂）24 h逐时变化规律及其调控因子。观测结果表明,春、夏季pCO₂变化范围分别为530～628 μatm和427～748 μatm,平均海−气CO₂通量分别为（1.7±0.8）mmol/(m²·d)和（1.2±0.8）mmol/(m²·d),均表现为大气CO₂的弱源。其中春季pCO₂ 24 h逐时变化受温度的影响相比夏季更显著,而夏季pCO₂对潮汐作用以及区域内沿岸河流、地下水等淡水汇入引起的生物生产和呼吸代谢过程增强的响应更明显。海水升温主导了春季区域表层高pCO₂的形成,夏季咸淡水的物理混合过程中增强的生物生产对表层溶解无机碳（DIC）起到降低作用,区域内的红树林、盐沼等生态系统对淡水端的DIC添加有一定的贡献。水团DIC浓度与总碱度（TA）的比值变化可反映英罗湾−安铺港海域pCO₂湾内高、湾外低的总体分布格局。     

基于海水环境和气象参数经验公式估算的东海海-气CO2通量

使用World Ocean Altas 2009提供的气候态月平均温度、盐度和磷酸盐浓度资料,以及Globalview和NCEP的大气资料,借助较为可靠的经验公式,估算了东海海表CO2分压(pCO2)和海-气CO2通量的平均分布特征和季节变化。结果表明,pCO2的空间分布形态四季大体相同,但其强度随季节变化,春、冬季低,夏、秋季高。CO2通量在东海陆架区为汇,汇的强度从NW向SE逐渐减弱;在黑潮区为源,强度从SW向NE逐渐减弱。东海整体于春、冬季为CO2的汇,夏、秋季为CO2的源。进一步分析东海pCO2和CO2通量季节变化的主要影响因子表明,东海海表pCO2变化主要受温度控制,而在陆架区,盐度和磷酸盐的作用不可忽略。东海整体CO2通量变化在4至10月由风速主导,11月至翌年3月由海表pCO2控制;陆架区CO2通量的季节变化主要由风速决定;黑潮区CO2通量的变化在夏季由风速主导,秋季由风速和pCO2共同影响。     

基于ST-ConvLSTM的南海海表面CO2分压的空间和时间序列预测

海表面二氧化碳分压(pCO₂)的未来变化趋势,对统计评估全球碳收支以及理解全球气候变化背景下的海洋酸化现象至关重要。目前传统的海面pCO₂预测方法大部分基于有限的实测数据,然而实测数据存在着时间和地理方面的制约,且计算成本较高。近年来,随着时空观测数据的爆炸性增长,基于深度学习的数据驱动模型在海表面pCO₂预测方面中表现出良好的潜力。然而,由于多种环境因素与海表面pCO₂之间的关系错综复杂,到目前为止尚无十分简单有效的相关模型来对海表面pCO₂进行预测。为应对这一挑战,利用时空卷积长短时记忆神经网络(ST-ConvLSTM)模型,通过海面温度(sea surface temperature, SST)、海面盐度(sea surface salinity, SSS)、叶绿素a浓度(chl a)和海面pCO₂数据,预测南海的海面pCO₂,并将2019年1～12月的数据作为测试集对模型的表现进行了验证。结果显示, ST-ConvLSTM模型...     

吕宋海峡M2内潮的三维数值模拟

A three-dimensional isopycnic-coordinate internal tidal model is employed to investigate the generation,propagation, vertical structure and energy conversion of M2 internal tides in the Luzon Strait(LS) with mooring observations. Simulated results, especially the tidal current amplitudes, agree well with observations,demonstrating the reasonability and accuracy of the model. Results indicate that M2 internal tides mainly propagate into three directions horizontally, i.e., eastward towards the western Pacific Ocean, westward towards the Dongsha Island and southwestward towards the South China Sea Basin. In the horizontal direction, tidal current amplitudes decrease as distance increases away from the LS; in the vertical direction, they show an obvious decreasing tendency with depth. Between the double ridges of the LS, a clockwise gyre of M2 baroclinic energy flux appears, which is caused by reflections of M2 internal tides at supercritical topographies, and resonance of M2 internal tides happens along 19.5° and 21.5°N due to the heights and separation distance of the double ridges. The total energy conversion in the LS is about 14.20 GW.     

两个吕宋深层入流口对南海北部深层环流的影响

前人研究表明南海深层呈现显著的气旋式环流结构并伴有强的西边界流,该气旋式环流由两个入流口进入的吕宋深层入流所驱动。本文利用逆约化重力模成功模拟了南海深层环流,紧接着利用该模式设置了一系列实验探讨南北两个不同吕宋深层入流口对南海北部深层环流的影响。模式结果表明,两个吕宋深层入流口的贡献主要取决于输入的流量大小,但北入流口比南入流口对驱动南海北部深层环流更有效。当吕宋深层入流全部从北入流口进入南海时,南海深层环流和西边界流显著增强;相反地,当吕宋深层入流全部从南入流口进入南海时,南海深层环流和西边界流相应减弱,这可以用位涡守恒理论来解释。拉格朗日轨迹模型的结果进一步表明,不同吕宋深层入流口可能对南海北部沉积物输运有影响。     

南海北部春季海流的垂向变化

对南海北部一连续观测站的春季海流资料进行功率谱分析、潮流调和分析及统计分析,得到南海北部春季海流垂向结构的基本特征为:(1)实测平均海流偏W向流动并随深度的增加稍作逆时针方向偏转,平均流速随深度的增加而减小;实测海流的日周期明显,在垂向上,近底层(300m)的功率谱峰值明显比其它水层的大,表明该层海流包含的日周期波动最强;(2)海区的日潮流相当强,其最大流速(WK1 WO1)在近底层最大;日潮流作顺时针方向旋转,其椭圆长轴基本上为偏NW—SE向;(3)海区的平均余流呈偏W向流动,在200m层相对较稳定,随深度的增加其方向略呈逆时针方向偏转,量值呈减弱趋势。     

西沙大气二氧化碳浓度变化特征研究

CO2是引起全球气候变暖的最重要温室气体。大气中过量CO2被海水吸收后将改变海水中碳酸盐体系的组成,造成海水酸化,危害海洋生态环境。本文采用局部近似回归法对2013年12月—2014年11月期间西沙海洋大气CO2浓度连续监测数据进行筛分,得到西沙大气CO2区域本底浓度。结果表明,西沙大气CO2区域浓度具有明显的日变化和季节变化特征。4个季节西沙大气CO2区域本底浓度日变化均表现为白天低、夜晚高,最高值405.39×10-6(体积比),最低值399.12×10-6(体积比)。西沙大气CO2区域本底浓度季节变化特征表现为春季和冬季高,夏季和秋季低。CO2月平均浓度最高值出现在2013年12月,为406.22×10-6(体积比),最低值出现在2014年9月,为398.68×10-6(体积比)。西沙大气CO2区域本底浓度日变化主要受本区域日照和温度控制。季节变化主要控制因素是南海季风和大气环流,南海尤其是北部海域初级生产力变化和海洋对大气CO2的源/汇调节作用。     

夏季东海西部表层海水中的pCO2及海-气界面通量

根据2001年夏季长江口及东海西部海域表层海水pCO     

吕宋海峡黑潮脱落涡旋的特征分析

涡旋脱落在西太平洋和南海的海水属性交换中起到重要作用。为研究吕宋海峡附近海域由黑潮脱落并进入南海的涡旋特征,本文采用1993—2014年法国空间局(AVISO)多卫星融合海面高度距平(SLA)和绝对动力地形(ADT)全球网格化延时数据,美国国家海洋数据中心(NODC)的WOA13年平均温盐剖面气候数据,以及1993—2010年SODA2.2.4月平均海洋同化数据集,并分析了黑潮脱落涡旋与大尺度环流的关系。结果表明:(1)暖涡脱落数量远多于冷涡数量,且脱落的冷涡绝大部分在黑潮西侧边缘生成,而脱落的暖涡则大部分在黑潮控制区生成。(2)冷涡、暖涡脱落时的平均半径、平均振幅相近,但是冷涡的平均生命、平均迁移距离约为暖涡的一半。(3)冷涡不是每年都有脱落,主要在冬季脱落;暖涡则每年均有脱落,主要发生在秋季。(4)脱落涡旋数量与脱落时的黑潮路径类型相关。(5)脱落涡旋的平均西行速度为5.8cm/s,与斜压第一模态长Rossby波波速及大尺度环流的西向平流流速之和相近。     

南海东北部春季海表pCO_2分布及海-气CO_2通量

2013年南海东北部春季共享航次采用走航观测方式,现场测定了表层海水和大气的二氧化碳分压(pCO2)及相应参数。结合水文、化学等同步观测要素资料,对该海域pCO2的分布变化进行了探讨。结果表明,陆架区受珠江冲淡水、沿岸上升流及生物活动的影响,呈现CO2的强汇特征;吕宋海峡附近及吕宋岛西北附近海域受海表高温、黑潮分支\"西伸\"、吕宋岛西北海域上升流等因素影响,呈现强源特征。根据Wanninkhof的通量模式,春季整个南海东北部海域共向大气释放约4.25×104 t碳。     

2016-2017年间南中国海次表层海水盐度的上升现象研究

The South China Sea(SCS) is the largest semi-enclosed marginal sea in the North Pacific. Salinity changes in the SCS play an important role in regional and global ocean circulation and the hydrological cycle. However, there are few studies on salinity changes over the SCS due to lack of high-quality and long-term observations. In the past decade, the deployment of floats from the Argo program in the SCS and their accumulated temperature and salinity profiles have made it possible for us to examine salinity changes over the entire basin. In this study,salinity changes were investigated with Argo and underwater glider temperature and salinity observations and gridded temperature–salinity objective analyses(UK Met Office Hadley Centre EN4.2.1 objective analysis and China Argo Real-time Data Center BOA_Argo). The results indicated that the subsurface water in the entire SCS became significantly saltier during 2016–2017. The most significant salinity increase was found during 2016 in the northeastern SCS. The subsurface water in the northeastern SCS exhibited a salinity maximum above 35, which was recorded by three Argo floats during 2015–2016. Such high salinity water was rarely observed and reported prior to the Argo era. Average salinity of 2016–2017 along the 25.5σ_θ–23.5σ_θ isopycnal surfaces in the whole SCS is 0.014-0.130 higher than the climatology. Increases in subsurface salinity started from the northeastern SCS and extended southwestward gradually. Moreover, the subsurface salinity changes, especially in the northern SCS,exhibited a semiannual lead behind the subsurface Luzon Strait transport. Further analysis indicated that the predominance of advection, driven by subsurface Luzon Strait transport, led to salinification along the western boundary of the SCS. In other parts of the SCS, negative wind stress curl trends tended to preserve the high salinity characteristics of the subsurface water.     

对吕宋海峡深水瀑布的重新认识

On the basis of the latest version of a U.S. Navy generalized digital environment model(GDEM-V3.0) and World Ocean Atlas(WOA13), the hydraulic theory is revisited and applied to the Luzon Strait, providing a fresh look at the deepwater overflow there. The result reveals that:(1) the persistent density difference between two sides of the Luzon Strait sustains an all year round deepwater overflow from the western Pacific to the South China Sea(SCS);(2) the seasonal variability of the deepwater overflow is influenced not only by changes in the density difference between two sides of the Luzon Strait, but also by changes in its upstream layer thickness;(3) the deepwater overflow in the Luzon Strait shows a weak semiannual variability;(4) the seasonal mean circulation pattern in the SCS deep basin does not synchronously respond to the seasonality of the deepwater overflow in the Luzon Strait.Moreover, the deepwater overflow reaches its seasonal maximum in December(based on GDEM-V3.0) or in fall(October–December, based on the WOA13), accompanied by the lowest temperature of the year on the Pacific side of the Luzon Strait. The seasonal variability of the deepwater overflow is consistent with the existing longest(3.5 a) continuous observation along the major deepwater passage of the Luzon Strait.