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2017年  第39卷  第1期

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2017年39卷1期目录
2017, 39(1): .
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2017年39卷1期封面
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摘要:
论文
磨刀门河口枯季波生流场数值模拟研究
刘诚, 梁燕, 彭石, 侯堋
2017, 39(1): 1-10. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.001
摘要:
本文建立曲线坐标系下的双曲型缓坡方程波浪模型和考虑波浪辐射应力影响的深度平均2D潮流数学模型,首次研究了磨刀门河口2011年地形条件下的枯季波生流场。受波浪作用影响,落潮阶段,波浪作用方向与流向相反,在波浪顶托效应下拦门沙沙脊及外坡处流速普遍减小,形成两个主要回流区,口门外东西两侧浅滩处流速也减小,东西两汊及横洲深槽流速增大;涨潮阶段,波浪作用方向与流向相同,拦门沙沙脊及外坡处流速增大,沙脊处出现冲越流,口门两侧浅滩处流速增大,横洲深槽流速减小。
两类El Niño不同衰减型的演变特征及其与我国夏季降水的联系
陈圣劼, 何金海
2017, 39(1): 11-27. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.002
摘要:
利用中国气象局743站日降水、NCEP-/NCAR大气环流、英国气象局Hadley中心全球月平均海表温度(SST)等资料,探讨了两类El Niño不同衰减型的演变特征及其对衰减阶段夏季(6-8月)我国降水异常分布的可能影响。根据海表温度异常(SSTA)沿赤道(5°S~5°N)的演变特征,EP-El Niño存在两种衰减型:自东向西(E-W)衰减(大于0.5℃的海温正距平首先在南美沿岸消失,并向西扩展)和自西向东(W-E)衰减(大于0.5℃的海温正距平首先在赤道中太平洋消失,并向东扩展);CP-El Niño存在3种衰减方式:对称(S)衰减(赤道中太平洋暖海温的发展和衰减关于某一峰值对称)、延迟(P)衰减(衰减阶段紧接着呈现EP-El Niño分布)、突然(A)衰减(衰减阶段紧接着发生EP-La Niña事件)。对于EP-El Niño,在华北、华南、长江和黄河(简称两河)之间及两河的上游地区,E-W与W-E衰减阶段夏季降水呈现完全相反的异常分布特征。E-W衰减阶段夏季两河之间及上游地区偏旱的可能性显著增大,华北地区降水异常偏多,长江以南略偏多;而W-E衰减阶段夏季,两河之间及上游地区降水偏多,降水异常大值中心主要位于沿江地区,华南大部和华北地区降水明显偏少。对于CP-El Niño的3种衰减方式:夏季降水异常大值带在S衰减方式下主要位于黄河和淮河之间;在P方式衰减时,出现在长江流域;而在A型衰减时,主要位于黄河下游地区。S和A衰减方式下,东北大部尤其东北北部降水偏少,而处于P衰减时,东北大部降水明显偏多;在西南地区,S衰减时夏季降水总体偏多,A衰减时情况相反;在西北北部地区,A衰减时偏旱,而S和P衰减时降水总体偏多。不同的衰减方式均对应不同的降水异常空间分布,区分衰减型使得两类El Niño次年我国夏季降水异常显著区的分布范围和信号强度均较未区分衰减型时有较好的改善,为我国汛期降水短期气候预测工作提供了重要依据。
海面风应力偏离风向的观测与分析
陈胜, 乔方利, 郭景松, 焦志勇
2017, 39(1): 28-35. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.003
摘要:
针对海气界面风应力方向与风向不一致的现象,2015年2月4日至3月12日在南海博贺观测平台开展了综合观测,利用涡动相关法计算了海气界面风应力,并在3类大气稳定度条件下分析了风应力矢量偏离风矢量的角度变化,进一步讨论了大气层结稳定时两者角度之差与风速的参数化关系。结果表明:在大气层结稳定条件下,风应力矢量偏向风矢量左侧,且偏离角度随逆波龄和风速增大而减小;当大气层结不稳定时,风应力矢量一般偏向风矢量右侧。海气界面风应力矢量受海表面风、波浪以及大气层结的共同调制。
深海海面目标单水听器被动测距方法与验证
翁晋宝, 杨燕明
2017, 39(1): 36-45. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.004
摘要:
基于射线理论分析了在深海情况下海面声源产生声场的频率-距离干涉结构,给出了影区内声场频率-距离干涉结构的近似理论表达式,分析得到影区内声场频域干涉周期随收发距离的增加而增大、随着接收水听器深度的增加而减小。因此由单水听器记录的声场干涉结构即可实现被动声源距离估计。在南海深海实验中观测到海面宽带噪声源在声场影区形成的声场干涉结构,对实验获得声场干涉结构的处理结果验证了深海声场影区干涉结构用于被动声源距离估计的有效性。与传统的匹配场被动定位方法相比,该方法不需要已知海底声学参数和大规模的拷贝场计算。
利用应力场预测热液区域——以TAG区为例
陈钦柱, 陶春辉, 廖时理, 李怀明, 邓显明
2017, 39(1): 46-51. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.005
摘要:
本文根据TAG区的钻探资料及岩心测试结果,建立了双层地质模型,在此基础上利用ANSYS应力软件并结合TAG热液区的地形数据对该区进行应力模拟。结果表明:热液喷口区域与最大水平应力低值区有较好的对应关系。其中仍处于活动状态的TAG丘状体区呈现明显的局部最大水平应力低值;而已经停止活动并且不具有典型喷口地形的MIR丘状体区域则处于最大水平应力的非封闭低值区域。据此,本文在TAG丘状体区域圈定了5个喷口可能区域,钻探结果揭示区内存在较好的矿化和蚀变现象,表明应力场预测法可能是一种有效的成矿预测方法。
青藏高原隆升、琼东南盆地沉降和西沙岛礁发育之间的耦合关系
毕东杰, 张道军, 翟世奎, 刘新宇, 修淳, 张爱滨, 曹佳琪
2017, 39(1): 52-63. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.006
摘要:
本文基于琼东南盆地15口钻井和西沙石岛岛礁“西科一井”的钻井资料,结合过井地震剖面,系统分析了琼东南盆地沉降(沉积充填)和西沙岛礁生长速率及其变化特征,探讨了青藏高原隆升与琼东南盆地沉降和西沙岛礁发育之间的耦合关系,三者在发育时间和发育过程上表现出高度的一致性,且南海古海水中Sr同位素组成变化也表现出对青藏高原隆升速率变化很好的响应。相对于深水区,浅水区的沉积物堆积速率及其变化能够更好地反映盆地的沉降速率及其变化。琼东南盆地的沉降(沉积物堆积)和西沙岛礁的发育过程均可以分为3个阶段,分别对应于青藏高原的3个隆升期,时间自老到新分别为:23~16 Ma BP、16~5.5 Ma BP、5.5 Ma BP至今。相比而言,岛礁的发育过程与青藏高原的隆升之间的耦合关系更为密切。在青藏高原的快速隆升期,相应发生盆地沉降(沉积充填或沉积物堆积)和岛礁生长速率的加快,同时对应发生了南海海水87Sr/86Sr比值的增大,说明青藏高原隆升可能是影响琼东南盆地乃至整个南海沉降(沉积充填)、岛礁发育和古海水Sr同位素组成变化的主要因素。
山东半岛近海不同粉砂粒级含量分布的空间差异性及其沉积学意义
李军, 胡邦琦, 李国刚, 王利波, 白凤龙, 赵京涛, 邹亮, 窦衍光
2017, 39(1): 64-75. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.007
摘要:
粉砂是现代陆架和河口沉积物最主要的粒级组分,但由于其复杂的沉积动力学行为,我们对于不同粉砂粒级的沉积学特征和行为并没有完全掌握。本文分析了山东半岛近海表层沉积物中不同粉砂粒级组分含量的空间分布特征,探讨了其控制因素。结果表明,山东半岛周边近海沉积物类型以泥质沉积为主,但不同粉砂粒级组分具有明显的空间分布差异性。极细粉砂、细粉砂与黏土组分的含量变化一致,表明了其相似的沉积动力学行为。粗粉砂组分的含量空间变化最大,在山东半岛的北部泥质条带、东部“泥楔”和南部近岸具有明显的高含量,其含量与其他各粉砂组分具有明显的负相关性。从表层沉积物的粒度组分与分布规律,可以证明研究区表层沉积物主要以黄河携带物质为主,但流入本区的一些中小型河流也明显提供了部分物源,只是其提供物质的扩散范围有限。结合水动力分析和物理海洋学等方面的认识,我们认为造成不同粉砂组分空间分布差异性的原因主要受物源、区域水动力学条件、局部地形(底形)等因素控制。另外,还发现了山东半岛“泥楔”沉积物的粗粉砂组分含量偏高、现代沉积速率也偏大,这些现象在空间上与“海洋锋面”位置一致,对于海洋锋面的沉积学意义还需要进一步的调查研究和数值模拟工作。
鸭绿江口与邻近西海岸沉积记录的耦合
刘月, 程岩, 李红军, 高建华, 郑金华, 张春鹏, 张亮, 刘敬伟
2017, 39(1): 76-88. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.008
摘要:
通过对采自鸭绿江口主汊道的5个柱状样的210Pb和137Cs测年以及粒度参数的分析,并与前期合作研究的西汊道及西岸潮滩的4个柱状样沉积物的测年和粒度研究成果进行比对,探讨了流域来水来沙、河口沉积与海岸发育之间的耦合效应及鸭绿江河口地貌演化的新证据。结果表明:鸭绿江口主汊道存在河流和潮流两种沉积作用,不同时期动力作用不同;以潮流作用为主的沉积时段,其沉积特征与西汊道及西岸潮滩的一致;主汊道沉积物的物质来源与西汊道和西岸潮滩的物质来源存在差异。鸭绿江口的主汊道、西汊道及邻近海岸的沉积记录对环境变化、人类活动、流域大洪水等事件均存在响应,响应的时间基本同步,具有耦合效应。沉积记录中存在5个明显的“事件信号”,其中1960年最为重要,是鸭绿江河口地貌发生巨变的时间。
波浪作用下粉质土海床液化界面波压力的研究
任宇鹏, 房虹汝, 许国辉, 许兴北
2017, 39(1): 89-95. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.009
摘要:
波浪作用下粉质土海床的液化是影响海上平台、海底管线等海洋构筑物安全的灾害之一。在进行构筑物设计中应考虑海床液化的深度问题,而液化土体对下部海床的界面波压力是计算海床孔隙水压力增长以及液化深度的重要参量。本文基于波致粉土海床自上而下的渐进液化模式,利用双层流体波动理论,推导了考虑海床土体黏性的海床界面波压力表达式,并与不考虑黏性时的界面波压力进行了比较分析。结果表明,计算液化后土体界面波压力时,是否考虑液化土体的黏性对结果影响较大,进而可能影响粉质土海床液化深度的确定。
多个淹没水平圆柱诱发高阶谐波特性的数值与试验研究
李庆昕, 宁德志, 滕斌
2017, 39(1): 96-103. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.010
摘要:
基于势流理论采用时域高阶边界元方法建立了模拟非线性波浪与淹没水平双、三圆柱作用的数值水槽模型,其中采用混合欧拉-拉格朗日方法更新自由水面,四阶Runga-Kutta方法进行时间步进。利用两点法分离得到潜体下游高阶自由波,进而研究潜体间距、布置形式等对高倍频自由波的影响。同时在物理水槽内开展多潜体高阶谐波物理模型试验,并将试验结果与数值结果进行对比,吻合较好。研究发现:淹没双圆柱下游高阶谐波幅值随潜体间距呈现周期性振荡变化,其振荡的重现距离约为波长一半。而淹没三圆柱下游的高阶谐波随第一个间距呈周期性振荡变化,随第二个间距的增大而减小。
修正型缓坡方程的有限元模型
倪云林, 滕斌, 丛龙飞
2017, 39(1): 104-110. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.011
摘要:
与缓坡方程相比,修正型缓坡方程增加了地形曲率项和坡度平方项,从而提高了数值求解的复杂性。本文将计算域划分为内域和外域,内域为水深变化区域,使用修正型缓坡方程,其中的地形曲率项和坡度平方项可用有限单元各节点的水深信息和单元插值函数表示,外域为水深恒定区,速度势满足Helmholtz方程,通过内外域的边界匹配建立有限元方程,并用高斯消去法求解。进而分别模拟了波浪传过Homma岛和圆形浅滩的变形,其结果与相关的解析解和实验数据吻合良好,证明了本文有限元模型的正确性。同时,通过与实验数据的对比也明显看出,在地形坡度较陡的情况下,修正型缓坡方程较缓坡方程具有更高的计算精度。
基于GNSS浮标和验潮资料的HY-2A卫星高度计绝对定标
杨磊, 周兴华, 王朝阳, 梁冠辉, 唐秋华, 周东旭, 雷宁, 杨龙, 穆博
2017, 39(1): 111-120. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.012
摘要:
为探测我国HY-2A卫星高度计海面高测量绝对偏差及其在轨运行状态,本文利用GNSS浮标星下点同步测量和验潮资料海面高传递方法在山东千里岩和珠海担杆岛海域开展定标研究。为验证GNSS浮标定标方法的准确性,还对国外卫星Jason-2和Saral进行了定标实验。实验表明GNSS浮标绝对海面高测量精度达2 cm,对Jason-2和Saral高度计多个周期定标得到的海面高偏差均值分别为5.7 cm和-2.3 cm,与国际专门定标场的结果符合较好。2014年9月和2015年5月HY-2A卫星高度计浮标定标结果分别是-65 cm和-91 cm,因两次结果差异显著,故又利用千里岩验潮站资料对HY-2A卫星高度计第56至73周期进行了定标分析,结果证明HY-2A卫星海面高存在约-51 cm/a的漂移,置信度为95%的回归分析表明浮标和验潮定标结果符合。本文研究结果表明在我国尚无专门定标场的情况下,可利用GNSS浮标对我国高度计实施灵活、精准的在轨绝对定标,在有高度计轨迹经过验潮站的情况下可使用验潮资料结合精密大地水准面模型进行绝对定标。
基于GF-1卫星遥感影像的海岸线生态化监测与评价研究——以营口市为例
索安宁, 曹可, 初佳兰, 于永海, 王权明, 关道明
2017, 39(1): 121-129. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.013
摘要:
海岸线是海洋与陆地的分界线,也是重要的生态交错线。本文采用GF-1卫星遥感影像,通过监测大潮高潮时刻和小潮低潮时刻海岸水陆边界线,构建了潮间带完整性系数,以此为依据将海岸线划分为自然海岸线、具有基本生态功能的人工海岸线、具有部分生态功能的人工海岸线、具有有限生态功能的人工海岸线、具有少量生态功能的人工海岸线和无生态功能的人工海岸线。在此基础上,结合潮间带完整性系数及其毗邻海岸线长度,构建了海岸线生态化指数,用以评价区域海岸线的生态化程度。营口市海岸线以无生态功能的人工海岸线、自然海岸线和具有少量生态功能的人工海岸线为主,分别占到海岸线总长度的45.74%、18.31%和15.53%。营口市总体海岸线生态化指数为0.29,其中西城区、老边区、盖州北、鲅鱼圈区和盖州南分别为0.55、0.17、0.40、0.10和0.55。
基于多源水深数据融合的海底高精度地形重建
樊妙, 孙毅, 邢喆, 王祎婷, 李四海, 金继业
2017, 39(1): 130-137. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.014
摘要:
本文在研究多源水深数据构建技术的基础上,分析了张力样条插值算法和“移去-恢复”法的多源水深数据融合处理技术,基于该方法选取实验区,利用多波束、单波束、历史海图等多源水深数据进行高精度海底地形融合试验,并针对多源水深融合技术缺少误差评估的现状,利用split-sample方法对融合结果进行水深不确定性评估,形成融合结果的可靠性空间分布。结果表明该方法无论是在数据稀疏区还是高密度区都达到了较好的融合效果,既保留了高分辨率水深数据的细节信息,又较真实的反映了研究区海底地形特征,且构建的海底地形精度可靠,误差百分比集中在0.5%。本文整套数据融合和结果评估方法可为多源水深数据融合的海底高精度地形构建提供借鉴和参考。
一种基于水深梯度原理的海底滑坡快速识别方法——以南海北部陆坡白云深水区为例
周庆杰, 李西双, 徐元芹, 刘乐军, 高珊, 周航, 李天光
2017, 39(1): 138-147. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.015
摘要:
如何快速而准确的识别并提取海底滑坡的特征形态信息一直是海洋工程地质、特别是深水工程地质评价中所关注的问题之一。本文根据滑坡后形成的地形形态,基于水深梯度求值运算的原理,通过Matlab编程建立了一种快速识别海底滑坡的方法。以南海北部陆坡白云深水区为例进行海底滑坡的识别,并利用浅地层剖面做验证,结果显示这一方法是可行的,其最大的优点是滑坡识别速度快,对于规模小且数量多的滑坡识别效率较高。通过实测数据进一步的分析表明:(1)阈值的选取对识别结果有明显影响,阈值的选取需要结合其他物探资料(如浅地层剖面和声呐影像)综合判断来确定;(2)水深数据的空间分辨率会影响滑坡识别结果的准确度,合适的空间分辨率会提高识别结果的准确性。
新闻与观点
高分三号卫星对海洋内波的首次定量遥感
杨劲松, 王隽, 任林
2017, 39(1): 148-148.
摘要: