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南海北部内孤立波能量和水体输运研究

南海北部内孤立波能量和水体输运研究

作者：于博中国海洋大学

学位级别：硕士

内孤立波是海洋中重要的动力过程,南海内孤立波在传播过程中能够携带巨大的能量,同时能够引起水体的水平与垂向输运,进而影响南海的动力环境与生态环境。但受到观测数据覆盖深度范围与时间长度的限制,南海全水深、长时间的内孤立波观测... 详细信息

内孤立波是海洋中重要的动力过程,南海内孤立波在传播过程中能够携带巨大的能量,同时能够引起水体的水平与垂向输运,进而影响南海的动力环境与生态环境。但受到观测数据覆盖深度范围与时间长度的限制,南海全水深、长时间的内孤立波观测较少,人们对南海深水区内孤立波在全深度上的基本特征、能量和输运的了解较少,因此本文基于南海深水区全水深且观测时间长达13个月的潜标现场观测数据,对内孤立波的基本特征进行分析,计算了内孤立波的能量、能通量以及水平和垂向的水体输运,并统计分析了其时间变化规律。对南海深水区内孤立波的基本特征进行了统计分析。总体而言,在南海海盆2000米水深处,内孤立波周期总和占观测时长的比例是7.5%。由于冬季南海混合层加深、温跃层较弱不利于内孤立波的生成,且内孤立波强度较弱。在冬季内孤立波的发生频率最低,为0.67个/天,在夏季发生频率最高,为1.28个/天。内孤立波最大西向流速能够超过2 m/s,其平均值是0.89 m/s。内孤立波振幅可以达到187m,其平均振幅是95m。内孤立波传播方向主要是在270°N到300°N之间,主要是向西传播,其平均传播方向是2830N。对内孤立波的能量进行了计算并统计了其时间变化规律。其能量和能通量在秋季和夏季较强,春季冬季较弱。在南海海盆2000米水深处,内孤立波的动能和势能大致相等,内孤立波能量的量级是O(1 GJ/m)。能通量的速度压强项要大于其非线性平流项,即线性项的贡献大于非线性项;在海洋深层能通量非线性平流项接近于0,能通量主要是速度压强项;在整个观测时期里内孤立波年平均能通量为-7.72 KW/m,其中非线性平流效应引起的能通量为-0.99 KW/m,速度压强项为-6.73 KW/m。对内孤立波水体输运进行了系统的研究。水平水体输运方面,在夏季、秋季较大,冬季最小,多个内孤立波对水质点的连续输运,在东西方向最大的输运距离均可以达到40 km。对上下层水体输运来说(单位长度波峰线),上层年平均水体通量为-4.62m3/s,下层年平均水体通量为6.04 m3/s。由于南海内孤立波的高发频率和波峰线较广的南北分布范围,其水体输运速率与中尺度涡水体输运速率的量级相同。内孤立波垂向主要是向下的净水体输运,从而引起向下的热通量。其深度平均热通量的量级可以达到O(105W/m2)。年平均热通量了的深度平均值是2.05 KW/m2,方向向下。引起此热通量的等价混合率是4.25×10-2m2/s,比南海北部背景场的湍流混合率高一个量级。

关键词：内孤立波全深度观测能量水体输运

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长江河口与苏北海域之间的水体输运机制

长江河口与苏北海域之间的水体输运机制

作者：朱平华东师范大学

学位级别：硕士

长江河口位于黄、东海交界处,每年有巨量的长江淡水,其携带陆源沉积物和营养盐等物质,由长江河口直接汇入中国近海,从而对海域内的生物地球化学环境造成重要影响。苏北海域位于长江河口北部,近年来南黄海频繁发生的绿潮灾害的源头正位... 详细信息

长江河口位于黄、东海交界处,每年有巨量的长江淡水,其携带陆源沉积物和营养盐等物质,由长江河口直接汇入中国近海,从而对海域内的生物地球化学环境造成重要影响。苏北海域位于长江河口北部,近年来南黄海频繁发生的绿潮灾害的源头正位于苏北海域,该海域内终年存在低盐水,其携带的高浓度陆源营养盐被认为是促进有害藻类大量生长的一个重要因素。由于长江河口毗邻苏北海域,两个区域之间的水体交换频繁,因此,长江淡水中的陆源物质很可能是苏北海域营养盐的重要来源。研究长江河口与苏北海域之间的水体输运规律,对于了解苏北海域污染物的输运以及浒苔爆发等海洋灾害事件的发生具有重要的预测和指示作用,对海洋生态环境的保护也具有非常重大的意义。本文基于实测资料发现苏北沿岸终年分布着盐度小于31的低盐水,苏北沿岸水存在季节性的变化特征,冬季和春季时,苏北近岸的水体盐度较高,废黄河口附近存在孤立的低盐水体。夏季时苏北沿岸盐度均小于30,水体向东北方向扩展。长江冲淡水夏季向东北方向扩展,其对苏北沿岸水的淡水输入也有重要影响。另外,现场观测资料显示,即使在北风盛行的冬季,苏北海域依然存在北向的水体运动现象,其运动变化与潮汐的变化密切相关。在观测期间,大潮时无论风向如何变化,苏北海域余流方向总是向北,水体向北输运;小潮期间,盛行偏北风时,余流向南,水体向南输运,当出现南风时,余流方向向北,水体向北输运。运用数值模拟方法,本文对苏北沿岸水的淡水来源以及长江河口与苏北海域之间的水体运动展开了深入研究。数值试验结果表明,长江和苏北河流淡水对苏北沿岸水的淡水输入具有区域性差异,在33.5N以南区域,长江是苏北沿岸水最主要的淡水来源,在34.5N以北的区域,苏北河流是苏北沿岸水最主要的淡水来源,而在33.54.5N之间的海域内,长江和苏北河流对于苏北沿岸水的淡水组成均具有一定的影响。总体来说,长江是苏北沿岸水最主要的淡水来源,在冬季和春季时,长江淡水的含量占苏北沿岸水中总淡水量的60%0%,夏季时则达到了80%。数值示踪剂和水龄模拟表明,苏北河流淡水入海后的运动具有显著的时空变化规律。在北风盛行的秋季和冬季时,苏北河流淡水主要分布于河口附近及其南部海域,其具有向南输运的趋势,部分淡水能运动至长江河口附近。苏北沿岸河口附近的水龄较大,苏北河流淡水输运时间较长,主要分布于近岸区域,难以向外海输运。春季和夏季盛行偏南风,苏北沿岸河流淡水在入海后最主要的输运路径为:先向废黄河口附近运动,然后离岸向东运动至约121°E位置后淡水转为向东南方向扩展,最后输运进入黄海内部。长江河口与苏北海域的水体运动具有明显的季节性变化。冬季时长江河口附近水体向南运动,苏北浅滩附近存在反气旋式的余流场,沿岸水体紧贴岸线向北延伸,在33.5°N附近转为向东作离岸运动,海州湾附近的水体余流方向向南。春季和夏季时,海表面主要盛行偏南风,长江河口与苏北海域的水体北向输运逐渐加强,废黄河口附近的水体主要表现为离岸运动,并在向东运动至苏北海域外侧后转为向东南方向运动。动量分析结果表明,在只有潮汐的作用下,弶港以南地区,水体向北运动主要是由于潮加速度的作用。在弶港和废黄河口之间的近岸海域,水体离岸运动的动力机制主要是由于潮位能梯度和正压梯度力的作用。在海州湾内,水体主要向南输运,潮位能梯度、平流作用和摩擦力是导致水体向南运动的主要因素。苏北海域外侧水体向东南输运的动力机制是平流作用。在潮汐和6 m/s的北风共同作用下,33.5°N以南的近岸水体北向流动有所减弱,但整体输运的格局未发生变化。唯一具有显著性变化的是正压梯度力,在北风的作用下,弶港以南海域的平均海平面明显升高,正压梯度力引起的水体向南输运趋势加强。由于浒苔的漂移是由其周围水体的运动决定的,因此,本文在对长江河口与苏北海域水体运动特征有了深入了解的基础上,拓展研究了南黄海的浒苔分布及其来源。本文将卫星遥感结果与拉格朗日质点追踪的方法相结合,对2012015年的浒苔分布及其对山东近岸地区的影响进行了分析,研究结果表明,浒苔的分布具有非常大的年际变化,近几年的分布和覆盖面积呈逐渐增大的趋势。山东沿岸地区的浒苔入侵主要来源于苏北浅滩与废黄河口附近海域。当海州湾内的紫菜养殖规模、营养盐输入等有助于浒苔生长的因子达到一定规模时,海州湾区域的浒苔对山东近岸地区也会有重大影响。

关键词：长江河口与苏北海域数值模拟淡水来源水体输运动力机制

基于海洋再分析资料的印度尼西亚贯穿流水体输运研究

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基于海洋再分析资料的印度尼西亚贯穿流水体输运研究

作者：赵海峰自然资源部第一海洋研究所

学位级别：硕士

印度尼西亚贯穿流(ITF)连接热带西太平洋和印度洋,对两个大洋间的水交换和全球气候变化有着重要作用。本文采用了SODA海洋数据集第3版(SODA3)共9个由不同的海表面强迫场和块体公式驱动的海洋再分析资料并结合ORAS3,ORAS4,HYCOM等再分析... 详细信息

印度尼西亚贯穿流(ITF)连接热带西太平洋和印度洋,对两个大洋间的水交换和全球气候变化有着重要作用。本文采用了SODA海洋数据集第3版(SODA3)共9个由不同的海表面强迫场和块体公式驱动的海洋再分析资料并结合ORAS3,ORAS4,HYCOM等再分析数据,对ITF在望加锡海峡和IX1断面的水体输运进行了分析。分析表明,ITF年平均输运量(即体积、热量和淡水输运)与海表面强迫场、块体公式以及数据同化有关。SODA3数据集成员中所得水体输运的季节和年际变化基本一致。年际尺度上,望加锡海峡体积和热量输运异常在滞后Ni(?)o3.4指数-6至7和-4至10个月时为显著的正相关,均在同步达到最大正相关。淡水输运与ENSO之间没有显著相关性。IX1断面的体积和热量输运异常在滞后Ni(?)o3.4指数-5～9个月时呈显著的正相关,且在滞后2和5个月时达到最大正相关。淡水输运异常在滞后Ni(?)o3.4指数4-16个月时呈显著的正相关,滞后10个月时达到最大正相关。IX1断面的水体输运还与印度洋偶极子(IOD)有显著相关性。体积、热量输运异常分别在滞后DMI指数21～25和23～33个月有显著的负相关,淡水输运异常在滞后DMI指数7～13个月和29～35个月时分别存在显著的正相关与负相关。望加锡海峡的水体输运与IOD没有显著相关性,这可能与模式中开尔文波从印度洋到望加锡海峡的传播缺陷有关。

关键词：印度尼西亚贯穿流水体输运季节变化年际变化

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东印度洋水体输运的季节变化及相关盐度变化

南京信息工程大学学报（自然科学版） 2020年第4期12卷 472-482页

作者： L.A.A.N.Wickramasinghe 王卫强刘雨 M.K.Abeyratne W.C.Hemamali K.B.S.S.J.Ekanayake 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广州510301 中国科学院大学北京100049 南方海洋科学与工程广东省实验室广州511458 中国科学院南海生态环境工程创新研究院广州510301 卢胡纳大学理学院马塔拉81000斯里兰卡

利用20年(1992-2012年)的ECCO2模式模拟数据,主要研究了东印度洋(EIO)水体输运的季节变化.在EIO选取3个断面,分别为赤道、80°E和6°N.研究结果表明,跨赤道和80°E的季节输运主体部分大致相补偿.跨赤道的大部分水体输运局限在上层100 m... 详细信息

利用20年(1992-2012年)的ECCO2模式模拟数据,主要研究了东印度洋(EIO)水体输运的季节变化.在EIO选取3个断面,分别为赤道、80°E和6°N.研究结果表明,跨赤道和80°E的季节输运主体部分大致相补偿.跨赤道的大部分水体输运局限在上层100 m,80°E的水体输运具有复杂结构,与显著的季风流、Wyrtki Jets(WJs)、赤道潜流(EUC)等有关.6°N上层水体净输运较小,但存在较强的边界流和相对较弱的内区流.纬向流的显著变化发生在80°E.在季风盛行季节,由于WJs减弱,赤道附近的水体输运以西向的梯度流为主,上层100 m的其余区域则主要受季风流控制.同样,由于EUC减弱,西向的梯度流与次表层东向的EUC之间也存在转换.在季风转换季节,季风流减弱,WJs与EUC分别在上层100 m和次表层占主导地位.此外,本研究还讨论了与季风流、WJs和EUC相关的盐水和暖水交换,有助于了解研究区域内温度和盐度的水平和垂直结构.

关键词：东印度洋水体输运盐度分布

基于再分析数据的全球海洋水体和热盐输运及其季节变化

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海洋科学进展 2023年第2期41卷 190-206页

作者：崔伟杨俊钢张杰周超杰自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266580 浙江大学海南研究院海南三亚572025

全球海洋环流复杂,其产生的水体和热盐输运决定了各大洋物质和能量的再分配,并且对海气相互作用以及全球气候变化产生重要影响。本研究基于GLORYS12、GLORYS2V4、C-GLORS05、FOAM和ORAS5五种再分析资料对全球12个关键截面处的海洋水体... 详细信息

全球海洋环流复杂,其产生的水体和热盐输运决定了各大洋物质和能量的再分配,并且对海气相互作用以及全球气候变化产生重要影响。本研究基于GLORYS12、GLORYS2V4、C-GLORS05、FOAM和ORAS5五种再分析资料对全球12个关键截面处的海洋水体和热盐输运进行了估算。平均计算结果显示,纬向积分的海洋经向盐量输运与经向体积输运的变化基本一致,这主要是由于海水盐度垂向变化较小,水体盐量输运与体积输运大小成比例。全球海洋在35°S附近呈现经向体积输运极值,其南向输运量接近10 Sv。由于海洋温度随深度增加迅速减小,且中下层较为稳定,因此海洋经向热量输运与上层海洋环流相关性更高。全球海洋在南北半球均呈现向极的经向热量输运,北半球中低纬度输运量在1.5~2.0PW,南半球中低纬度输运量在1.0 PW左右。N向热量输运横跨整个大西洋,南大西洋中低纬度输运量在0.3~1.0 PW,北大西洋中低纬度输运量在1.0~1.3 PW。与大洋经向输运相比,南大洋由于强劲的南极绕极流的E向流动,其纬向水体和热盐输运显著。计算结果显示,通过南大洋20°E、146°E截面以及德雷克海峡分别约有144.50、162.46和146.05 Sv的体积输运(对应5.10×10^(9)、5.74×10^(9)和5.15×10^(9)kg/s的盐量输运,以及1.27、2.28和1.58 PW的热量输运)。另外,海洋水体和热盐输运气候态月变化显示,各大洋水体和热盐经向输运均呈现较明显的季节变化,相较于体积和盐量输运,南大洋纬向热量输运季节变化最为显著。

关键词：全球海洋水体输运热盐输运再分析数据季节变化

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海口湾海域潮流季节性特征分析

中山大学学报（自然科学版） 2019年第5期58卷 73-79页

作者：陈宜展曹永港肖志建刘长建李锐祥董超国家海洋局南海调查技术中心//国家海洋局南海维权技术与应用重点实验室

根据2016年春、夏、秋、冬季海口湾海域实测海流全潮实测资料,分析了海口湾潮流的季节性变化特征。结果表明:①该海域春、夏、秋季潮流特征为不正规全日潮流,冬季潮流特征为不正规半日潮流;②靠近岬角位置的海域,由于涡旋作用更容易表... 详细信息

根据2016年春、夏、秋、冬季海口湾海域实测海流全潮实测资料,分析了海口湾潮流的季节性变化特征。结果表明:①该海域春、夏、秋季潮流特征为不正规全日潮流,冬季潮流特征为不正规半日潮流;②靠近岬角位置的海域,由于涡旋作用更容易表现出半日潮流特征;③该海域潮流主要以主太阴半日分潮M2、太阴太阳赤纬全日分潮K1和主太阴全日分潮O1分潮流为主,并且3个分潮大小接近;④该海域冬季从东向西水体输运最强烈;⑤春、夏、冬季该海域有产生中底层补偿流,秋季没有出现明显的补偿流。

关键词：海口湾潮流余流水体输运

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温州瓯飞浅滩海域悬沙输运特征及其来源探讨

泥沙研究 2012年第6期37卷 65-74页

作者：堵盘军张蓓费岳军国家海洋局东海预报中心上海200081 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098

基于2011年温州市瓯飞浅滩海域冬、夏季大、小潮共4次大面同步海流和悬沙观测资料,利用统计和物质长期输运机制分解方法,初步分析研究海域悬沙时空分布和水体、悬沙三维输运特征。结果表明,海域悬沙浓度平面上呈现近岸高、外海低,高浓... 详细信息

基于2011年温州市瓯飞浅滩海域冬、夏季大、小潮共4次大面同步海流和悬沙观测资料,利用统计和物质长期输运机制分解方法,初步分析研究海域悬沙时空分布和水体、悬沙三维输运特征。结果表明,海域悬沙浓度平面上呈现近岸高、外海低,高浓度区出现于河口,浅滩外沿存在相对低值区的分布格局;垂向分布受复杂水动力(包括波浪、潮流、径流和沿岸流等)影响具有准直线型、抛物线型以及混合型分布等多种分布形态,且底层悬沙浓度与流速变化趋势具有虽同步但存在一定滞后的特性。水体与悬沙长期输运受径流、风生表层流、闽浙沿岸流等多种作用影响,存在明显季节变化和区域特征;其中河口站因径流作用表层输运强度大于其它区域,中底层泥沙由于波流共同作用影响、河口区显著的潮泵效应使得冬、夏季输运特征迥异;浅滩站表层水沙输运主要受风生表层流影响,中、底层的悬沙因潮致余流作用多指向岸线,外海受闽浙沿岸流的影响加强,垂向上输运强度差异减小。浅滩海域泥沙的主要来源为海域来沙(浙江沿岸流输沙和外海沉积水下沙洲的再搬运)和瓯江、飞云江的河流陆域输沙。

关键词：温州瓯飞浅滩海域悬沙分布特征水体输运悬沙输运泥沙来源

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胶莱人工河道水质点输运轨迹的数值模拟

海洋科学 2010年第7期34卷 59-65页

作者：吴相忠张庆河天津大学建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室天津300072

利用二维水动力数学模型模拟胶莱人工河道潮流运动,并分析了胶州湾湾口设置潜堤前后胶莱人工河道水质点的运动轨迹和水位变化过程。结果表明,开通胶莱人工河道能够使黄海的胶东湾海水向渤海的莱州湾输运,但不设置潜堤时从胶州湾到莱州... 详细信息

利用二维水动力数学模型模拟胶莱人工河道潮流运动,并分析了胶州湾湾口设置潜堤前后胶莱人工河道水质点的运动轨迹和水位变化过程。结果表明,开通胶莱人工河道能够使黄海的胶东湾海水向渤海的莱州湾输运,但不设置潜堤时从胶州湾到莱州湾的海水输运平均流速较小;设置潜堤后胶州湾水位高于莱州湾水位的时间变长,从黄海到渤海之间的水体输运能够得到加速。计算结果还表明,潜堤顶部与平均水面距离较小时,黄、渤海之间水体输运较快。

关键词：胶莱人工河道潜堤水体输运二维水动力模型

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巽他海峡的水交换过程研究

海洋科学进展 2020年第2期38卷 238-252页

作者：王建李淑江徐腾飞汪一航徐晓庆王永刚魏泽勋宁波大学数学与统计学院浙江宁波315211 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

巽他海峡是爪哇海与东印度洋进行水交换的重要西部通道,其水交换过程与两侧水团性质和环流有密切关系。本研究基于巽他海峡及其附近海域的观测和遥感再分析数据,分析了爪哇海与印度洋通过巽他海峡进行水交换的多时间尺度变化规律,并探... 详细信息

巽他海峡是爪哇海与东印度洋进行水交换的重要西部通道,其水交换过程与两侧水团性质和环流有密切关系。本研究基于巽他海峡及其附近海域的观测和遥感再分析数据,分析了爪哇海与印度洋通过巽他海峡进行水交换的多时间尺度变化规律,并探讨了局地和大尺度过程对水体输运的影响。研究表明,巽他海峡贯穿流主要由流出爪哇海的年均南向流与随季风南北转向的季节反向流组成,并存在显著的季节内变化。2008—2016年期间,巽他海峡贯穿流3次观测的年均流量分别为(-0.31±0.34),(-0.27±0.43)和(-0.49±0.31)Sv(负号代表流出爪哇海)。巽他海峡贯穿流与局地风和海峡两侧海表面高度梯度密切相关,因此采用多元回归重构了1993—2017年水体输运时间序列,并计算出25 a的平均流量为(-0.37±0.43)Sv。研究也表明,巽他海峡水体输运的年际变化异常与ENSO,IOD相关。

关键词：巽他海峡水体输运季节变化年际变化