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基于高度计观测和模式数据诊断南大洋主要锋面与涡旋的特征

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海洋科学 2022年第2期46卷 1-16页

作者：周润洁王天宇杜岩热带海洋环境国家重点实验室中国科学院南海海洋研究所广东广州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东广州511458

锋面和涡旋是南大洋重要的中尺度过程,南极绕极环流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)系统中的锋面及其裹携的涡旋构成了能量和物质的东向传播通道,对全球大洋的能量和物质平衡具有重要影响。基于海表高度计和B-SOSE(Biogeochemical ... 详细信息

锋面和涡旋是南大洋重要的中尺度过程,南极绕极环流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)系统中的锋面及其裹携的涡旋构成了能量和物质的东向传播通道,对全球大洋的能量和物质平衡具有重要影响。基于海表高度计和B-SOSE(Biogeochemical Southern Ocean State Estimate,B-SOSE)数据,文中分别对南大洋3条主要锋面2013—2017年的分布特征以及近25 a(1993—2018年)涡旋特征进行了统计分析,结果表明:受背景流场的影响,三条主要锋面的纬度位置均会随时间发生变化,其中亚南极锋(Subantarctic Front,SAF)纬度摆动幅度最大,5年内最大摆幅为18°。就锋面强度而言,极锋(Polar Front,PF)强度最大,其能达到的平均深度显著大于其他锋面的影响深度。同时,还统计了1993—2018年间南大洋60717个涡旋,这些涡旋平均存活时间、平均传播距离和平均半径均明显小于全球涡旋平均值,其中被ACC裹携的36934个东移涡旋(占南大洋涡旋总数的61%)的时间和空间特征尺度则更小。

关键词：南大洋锋面涡旋统计特征

长江口及其邻近海域锋面对浮游植物及沉积物有机质和硅藻空间分布影响研究

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长江口及其邻近海域锋面对浮游植物及沉积物有机质和硅藻空间分布...

作者：徐家婧华东师范大学

学位级别：硕士

锋面在海洋中具有水团划分功能,同时影响到海洋生物的空间分布特征。我国陆架海具有十大准静止锋面,其中长江口外的羽状锋及其邻近的浙闽沿岸锋对生态系统的格局影响尤为显著。已有研究发现,长江口及其邻近海域浮游植物与锋面变化存在... 详细信息

锋面在海洋中具有水团划分功能,同时影响到海洋生物的空间分布特征。我国陆架海具有十大准静止锋面,其中长江口外的羽状锋及其邻近的浙闽沿岸锋对生态系统的格局影响尤为显著。已有研究发现,长江口及其邻近海域浮游植物与锋面变化存在显著的空间响应关系,但海底沉积的表层有机质与沉积硅藻对锋面的响应关系尚不清楚。本研究基于航次调查获取的水体数据和表层沉积物中保存的有机质和硅藻数据,探讨在锋面作用下长江口及其邻近海域水体中叶绿素a(Chlorophyll-a:Chl-a)、沉积有机质和沉积硅藻组合的空间格局与对应关系。主要研究结果如下:(1)对2019年夏季典型断面Chl-a和环境因子的分布特征及相互关系的研究发现,在悬沙锋以内的河口区域,水体垂直混合均匀;受长江径流输入和悬沙锋“屏障”作用影响,TSM和营养盐浓度最高;高浓度TSM引起显著的光限制效应,导致Chl-a浓度较低(1.7±0.5μg·L)。在羽状锋以外的海域,出现垂直层化现象;表层海水的TSM和营养盐显著降低;Chl-a浓度受到营养盐供应不足的影响,浓度仅为0.2μg·L。高浓度的Chl-a(7.5±4.1μg·L)主要出现在悬沙锋和羽状锋之间的过渡区域,该区域营养盐得到长江径流与上升流的补充;同时,由于大量TSM在悬沙锋内侧快速沉降,缓解了水体的光限制效应,有利于浮游植物的生长和积累。(2)对1980～2018年32个航次的表层沉积物粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)和稳定同位素(δC和δN)数据的分析结果表明,研究区粒度存在明显分区特征,并与浙闽沿岸锋和长江浅滩锋的位置存在关联性,其中,区I(浙闽沿岸)、区III(苏北浅滩)和区IV(济州岛西南)为细颗粒区,区II(东海中陆架)为粗颗粒区。TOC/TN、δC和δN的分布与数值范围体现出海陆来源的有机质混合的特征,锋面可能是造成各区有机质来源差异的原因。其中,羽状锋内侧的区I在长江口附近受到陆源有机质的影响最高,长江浅滩锋包围的区III南部小范围区域受陆源有机质的影响较高,长江浅滩锋影响的区II和区III北部、区IV的大部分区域表现出相似的海陆源混合特征。海源有机质高值与锋面、上升流、水体初级生产力高值存在空间对应关系,这种关系可能是通过锋面对沉积的控制作用达成的,具体表现为各区沉积速率和粒度分布模式的差异。(3)对表层沉积硅藻的绝对丰度(Diatom absolute abundance:D)、物种多样性和丰富度的空间分布特征和锋面的影响进行分析,结果表明沉积D在32.0°N以北的苏北浅滩海域明显高于32.0°N以南的长江口及南部海域;物种多样性在32.0°N以北略小于32.0°N以南。其中,苏北浅滩海域D最高,而物种多样性和丰富度指数很低;长江口外海域兼具了D、物种多样性和丰富度指数的高值。锋面影响沉积硅藻的物种分布,沉积硅藻与沉积有机质的空间分布特征存在对应关系。浙闽沿岸锋的内侧主要为长江羽流组合和浙江近岸组合的站位,浙闽沿岸锋外侧出现组合交错的现象,与上升流的位置接近;受到浙闽沿岸锋的影响,长江羽流组合的硅藻组成在32.0°N以北与32.0°N以南略有差异。综上所述,长江口及其邻近海域的锋面结构不仅对塑造上层水体浮游植物空间分布格局具有重要的作用,而且对沉积物中有机质的空间分布也存在区划功能。研究结果探究了锋面影响下水体浮游植物与表层沉积有机质的空间分布特征与对应关系,拓展了对锋面在沉积物的生物地理区划中的认识,对于理解锋面的生态效应、明确水体和表层沉积物的生态空间分布模式及其耦合关系具有重要参考价值。

关键词：叶绿素a 有机质沉积硅藻锋面长江口及其邻近海域

考虑渗滤效应的水泥浆锋面扩散理论及试验研究

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中国科学：技术科学 2017年第11期47卷 1198-1206页

作者：冯啸李术才刘人太韩伟伟张世杰山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061 山东科技大学土木工程与建筑学院青岛266590

基于渗流连续性方程、Darcy渗流定律、质量守恒方程、线性滤过定律及压力降方程,建立了水泥浆锋面扩散理论模型,分析了渗滤效应下水泥颗粒的运移滤出机制和浆液锋面的扩散规律;应用自主研发的模型试验系统,研究了水泥浆锋面压力的动态... 详细信息

基于渗流连续性方程、Darcy渗流定律、质量守恒方程、线性滤过定律及压力降方程,建立了水泥浆锋面扩散理论模型,分析了渗滤效应下水泥颗粒的运移滤出机制和浆液锋面的扩散规律;应用自主研发的模型试验系统,研究了水泥浆锋面压力的动态变化规律,并与理论值进行了对比分析.结果表明,在渗滤效应作用下,沉积层渗透系数沿浆液扩散距离增大;锋面速度变化率与沉积层渗透系数呈负相关;特定扩散距离处,锋面压力降p'呈先增后减,而锋面压力p及平均单位压力降ΔP'呈先减后增趋势;锋面压力理论值与试验值偏差率仅为.10%~26%,两者吻合度较高.研究结论可指导注浆设计,对实际工程具有一定的应用价值.

关键词：渗滤效应水泥浆锋面流速压力

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浅水区锋面的流场结构

海洋与湖沼 1993年第4期24卷 385-392页

作者：黄大吉国家海洋局第二海洋研究所杭州310012

用一垂向二维的诊断模式,研究了浅水区锋面的流场结构。参照James模式并结合杭州湾具体情形来确定垂向涡动粘性系数,得到了与实测结果相一致的浅水区(杭州湾)锋面的流场结构。研究表明,在探讨浅水区锋面流场时必须选取合理的模式;而深... 详细信息

用一垂向二维的诊断模式,研究了浅水区锋面的流场结构。参照James模式并结合杭州湾具体情形来确定垂向涡动粘性系数,得到了与实测结果相一致的浅水区(杭州湾)锋面的流场结构。研究表明,在探讨浅水区锋面流场时必须选取合理的模式;而深水锋面流场结构对所采用的模式依赖性不大;锋面的流场结构不仅与锋面的强度有关,而且与锋面的结构有关。

关键词：锋面流场杭州湾海流

2019年夏季长江口及邻近海域锋面控制下叶绿素a的分布特征及其环境影响因素分析

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海洋通报 2021年第5期40卷 541-549页

作者：徐家婧周鹏连尔刚吴昊刘东艳华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 同济大学海洋与地球科学学院上海200092 南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023

长江口外潮汐混合和低盐度羽流形成的泥沙锋和羽状锋对浮游植物与环境因子的空间分布具有重要控制作用。本研究依据2019年夏季长江口及邻近海域典型断面叶绿素a (Chl-a)浓度和环境因子的调查结果,以锋面为边界,探讨了不同区域Chl-a浓度... 详细信息

长江口外潮汐混合和低盐度羽流形成的泥沙锋和羽状锋对浮游植物与环境因子的空间分布具有重要控制作用。本研究依据2019年夏季长江口及邻近海域典型断面叶绿素a (Chl-a)浓度和环境因子的调查结果,以锋面为边界,探讨了不同区域Chl-a浓度与环境因子的分布特征及相互关系,以期深入了解锋面的生态效应。结果表明,在泥沙锋以内的近岸区域,水体垂直混合均匀;受长江径流输入和泥沙锋"屏障"作用影响,总悬浮物(TSM)和营养盐浓度最高,其中TSM为220.0±275.3 mg/L,溶解无机氮(DIN)、溶解无机磷(DIP)和溶解硅酸盐(DSi)分别可以达到94.7±21.2μmol/L、0.85±0.33μmol/L和95.3±22.6μmol/L;高浓度TSM引起显著的光限制效应,导致Chl-a浓度较低(1.7±0.5μg/L)。在羽状锋以外的区域,出现垂直层化现象;表层海水的TSM和营养盐显著降低,其中TSM为5.1 mg/L,DIN、DIP和DSi分别为1.0μmol/L、0.03μmol/L和2.4μmol/L;Chl-a浓度受到营养盐供应不足的影响,浓度仅为0.2μg/L。高浓度的Chl-a (7.5±4.1μg/L)主要出现在泥沙锋和羽状锋之间的过渡区域,该区域营养盐得到长江径流与上升流的补充;同时,由于大量TSM在泥沙锋快速沉降,缓解了水体的光限制效应,有利于浮游植物的生长和积累。研究结果验证了泥沙锋和羽状锋对TSM与营养盐的重要控制作用,这对于理解长江口及邻近海域藻类灾害高发区的成因具有科学参考价值。

关键词：叶绿素a 锋面光限制营养盐限制长江口

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锋面滑升运动的物理机制

气象 2010年第9期36卷 42-46页

作者：王文儒白山辽宁省辽阳市气象局辽阳111000

锋面滑升运动是形成锋面降水的重要原因,弄清锋面滑升运动的物理机制对锋面降水的预报是必要的。依据大气动力学原理,对锋面滑升运动的物理成因进行了研究。已知暖空气沿锋面的滑动与暖空气垂直于锋面的风速(u_w)和锋面移动速度(c)之差... 详细信息

锋面滑升运动是形成锋面降水的重要原因,弄清锋面滑升运动的物理机制对锋面降水的预报是必要的。依据大气动力学原理,对锋面滑升运动的物理成因进行了研究。已知暖空气沿锋面的滑动与暖空气垂直于锋面的风速(u_w)和锋面移动速度(c)之差有关。当暖空气垂直于锋面的风速小于锋面的移动速度(u_w锋面的风速大于锋面的移动速度(u_w>c)时,暖空气向下滑动。因为锋面的移动速度小于锋后冷空气垂直于锋面的风速(c锋面的滑动与锋区中垂直于锋面方向的风速的分布有关,当锋区中有(?)u/(?)u>0时,暖空气必定向下滑动;暖空气若向上滑动,锋区中必为(?)u/(?)x锋面坡度公式,通过演绎该式,得到了分析锋区中(?)u/(?)x的公式,结果表明:(1)当锋面坡度增大时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。(2)锋面强度加强时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。(3)暖平流时上滑,冷平流时下滑。(4)当锋面上出现气旋式涡度增大时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。(5)当垂直于锋面方向的地转风沿锋面由下向上增大时,大气沿锋面向上滑动,反之向下滑动。

关键词：锋面滑升运动滑动成因

华南前汛期锋面垂直环流及其与中尺度对流系统的相互作用

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气象学报 2007年第5期65卷 785-791页

作者：陈敏陶祖钰郑永光王洪庆中国气象局北京城市气象研究所北京100089 北京大学物理学院大气科学系北京100871

对1998年华南暴雨试验加密观测期间(IOP)5月23日强降水个例的数值模拟结果分析指出,锋面对于中尺度对流系统而言除了提供对流运动的触发机制外,两者之间还可能存在复杂的相互作用。华南前汛期中伴随对流活动的冷锋具有独特的垂直环流结... 详细信息

对1998年华南暴雨试验加密观测期间(IOP)5月23日强降水个例的数值模拟结果分析指出,锋面对于中尺度对流系统而言除了提供对流运动的触发机制外,两者之间还可能存在复杂的相互作用。华南前汛期中伴随对流活动的冷锋具有独特的垂直环流结构。它主要表现为暖湿气流不是沿锋面上滑,而是在冷锋前沿的对流雨团中直接上升到高空,锋面上方上滑的暖空气完全被对流雨团北侧的补偿性下沉气流所代替;而在锋后以及锋前暖区内均有对流活动发生的情况下,低空流入锋区前沿和锋区上方雨团的空气不是来自锋前暖区,而是来自锋后。对对流系统内部雨团进行的三维轨迹追踪也揭示出锋面上空对流雨团内存在一部分来自锋后并穿越锋区的上升气流。这是因为锋面并不是真正意义上的物质面,它只是大气温、湿属性有显著差别的界面,因此存在穿越锋区的运动并不是完全不可能发生的。在华南前汛期中,锋区两侧温度对比比通常意义上的锋面要小,这也是可能发生穿越锋面运动的原因之一,表明中尺度对流系统由于具有与梅雨锋在跨锋方向相类似的尺度而有可能对梅雨锋的流场结构发生影响。

关键词：锋面数值模拟中尺度对流系统

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华北地区锋面云系和降水个例研究

气象学报 1995年第A1期53卷 631-640页

作者：王成恕胡志晋

对一次华北地区冷锋降水系统进行了宏微观结构观测分析，并利用一个三维三相中尺度云系模式进行了模拟，得到了该例冷锋云系和降水的一些特征和结构。由观测资料与模拟结果比较知，模式对该例冷锋云带中过冷水区位置及范围有较好的描述... 详细信息

对一次华北地区冷锋降水系统进行了宏微观结构观测分析，并利用一个三维三相中尺度云系模式进行了模拟，得到了该例冷锋云系和降水的一些特征和结构。由观测资料与模拟结果比较知，模式对该例冷锋云带中过冷水区位置及范围有较好的描述能力。

关键词：锋面云系降水个例研究华北地区

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德里克海峡附近绕极流和锋面研究的进展

海洋通报 1994年第3期13卷 77-88页

作者：蒲书箴于惠苓徐贤俊张洪暖国家海洋局第一海洋研究所青岛266003

本文概括了近几十年来,关于德里克海峡附近绕极流研究的进展.这些研究主要以实际观测资料为基础,说明了德里克海峡附近海洋锋面分布和绕极流的体积输运。其中,主要的海洋锋面有:亚南极锋(SAF),极锋(PF)和陆缘水边界(CWB);而德里克海峡... 详细信息

本文概括了近几十年来,关于德里克海峡附近绕极流研究的进展.这些研究主要以实际观测资料为基础,说明了德里克海峡附近海洋锋面分布和绕极流的体积输运。其中,主要的海洋锋面有:亚南极锋(SAF),极锋(PF)和陆缘水边界(CWB);而德里克海峡绕极流的体积输运则代表了太平洋和大西洋两大洋之间通过德里克海峡的水量交换。读者可通过本文加深关于德里克海峡锋面成因和绕极流机制的理解。

关键词：绕极流体积输送锋面德里克海峡