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2022年  第44卷  第6期

封面
2022-06期封面
2022, 44(6).
摘要:
物理海洋、海洋气象、海洋物理
南黄海辐射沙洲潮流不对称性对岸线变动的响应
冯曦, 丁志伟, 冯辉, 张蔚, 储鏖, 张驰
2022, 44(6): 1-9. doi: 10.12284/hyxb2022049
摘要:
近岸地区的潮流不对称影响着沉积物输运和地貌改变。南黄海辐射沙洲海域潮动力强且水动力环境复杂,分析研究该海域潮流不对称性对海岸带资源的开发与保护有长远意义。本文基于Delft3D模型模拟1984年、2014年不同岸线条件下辐射沙洲海域的潮汐潮流运动,结合调和分析与偏度理论,分析刻画了不同岸线条件下潮流不对称性的空间分布特征。研究表明:辐射沙洲海域地形主导的涨落潮流速不对称性(PCA)以涨潮占优为主导;涨落憩历时不对称性(SWA)则以涨憩历时短为主导。二者皆主要受半日分潮(M2、S2)和浅水分潮(M4、MS4)的非线形作用影响。1984–2014年岸线变动后PCA正负性不变,但强度进一步增大,最大变幅可达25%;而\begin{document}$ {\gamma }_{\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{A}} $\end{document}减小,最大减幅可达20%,SWA在辐射沙洲海域涨憩历时短的趋势增加。
集合调整卡尔曼滤波方法在M2分潮数值模拟中的水深估计研究
武浩文, 赵艳玲, 韩桂军, 李威, 曹力戈, 武晓博, 李超亮, 李云东, 周功赋
2022, 44(6): 10-21. doi: 10.12284/hyxb2022057
摘要:
数据同化利用观测信息对模型状态场调整的同时也可以对数值模型中的不确定参数进行估计,从而改进数值模型,提高数值模拟的精度。本文基于集合调整卡尔曼滤波方法,采用广义坐标系统的美国普林斯顿大学海洋模式的外模式开展了渤海和部分黄海海域M2分潮模拟中的水深估计研究。理想数据同化试验结果表明,集合调整卡尔曼滤波方法能很好地降低模式模拟的水位误差并反演出“真实”的水深参数。而在NAO.99Jb和验潮站数据的实际数据同化试验中,与验潮站数据相比较,水深参数估计后,模式模拟的M2分潮振幅与迟角误差分别降低了40.27%和49.19%。
日本海中尺度涡旋时空变化特征研究
杨霄, 张永垂, 夏长水, 董昌明, 胡楠, 汪浩笛, 陈诗尧
2022, 44(6): 22-36. doi: 10.12284/hyxb2022035
摘要:
本文利用1993–2019年基于海表面高度异常的涡旋数据集和高度计数据统计分析了日本海区域中尺度涡旋的大小、极性、生命周期、振幅、传播等表面特征的时空变化规律。27年间,共探测到1 429个涡旋,气旋和反气旋数量基本相当,其中气旋675个,反气旋754个。两种极性涡旋均具有较强的季节变化:秋季较多,冬季次之,春季最少。郁陵盆地、大和盆地等为涡旋多发区域呈现西南–东北向带状分布。其中,南部海域反气旋占优,靠近津轻海峡的北部海域气旋占优。西部和南部受东韩暖流和对马暖流的驱动,涡旋移动方向与流场基本一致,北部涡旋与黎曼寒流以及副极地锋流有关。研究表明,动力学不稳定是涡旋在秋冬季大量产生的重要原因。此外,半封闭盆地、局地流场以及复杂的海气相互作用等都可能会对涡旋的产生和消亡造成一定影响。
南印度洋海表温度距平冬季重现特征与机制的初步分析
董岳, 滕辉, 邱云, 林新宇
2022, 44(6): 37-47. doi: 10.12284/hyxb2022043
摘要:
本文主要利用1958–2016年GECCO2等资料通过超前/滞后相关分析方法,分析了南印度洋海表温度距平(SSTA)冬季−冬季重现的时空特征,并探讨了海洋和大气强迫对其形成的贡献。结果显示,SSTA冬季−冬季重现主要发生在南印度洋15ºS以南海域,特别是在马达加斯加岛至澳大利亚西南部之间的海域(15º~45ºS,70º~100ºE)重现信号最为显著。重现信号除了主要发生在次年冬季外,在部分海域重现信号发生较早,可在次年秋季发生并持续至随后的冬季。进一步分析表明,混合层深度冬深夏浅的变化(即海洋重现机制)是研究海域SSTA冬季重现的主因。另外,在马达加斯加岛南部海域和澳大利亚西南部海域海面净热通量对SSTA的重现也有直接的贡献。
基于海豹观测的阿拉斯加湾东部陆坡海域逆温现象及其衰退机制
郭绍敬, 靖春生, 张善武, 王维波
2022, 44(6): 48-57. doi: 10.12284/hyxb2022053
摘要:
利用2014年3–4月北象海豹携带的自动温盐深仪(CTD-SRDL)在阿拉斯加湾东部陆坡海域上采集到的温盐剖面数据,分析了该海域逆温现象的空间分布和演变过程。结果显示,研究海域存在明显的逆温现象,逆温幅度和逆温厚度范围分别介于0.2~1.6˚C和20~280 m之间,前者沿陆坡向北幅度逐渐增大,后者在50˚~58˚N间往北逐渐变厚,在58˚N以北海域平均厚度较薄。3月25日至4月22日,逆温层处于衰退阶段。逆温层下界温度不断下降,逆温幅度呈变弱趋势,逆温厚度呈变薄趋势。一维扩散模型模拟结果表明,湍扩散作用下,观测期间海表受热导致混合层上部位温升高,但底部仍保持低温,因此逆温层上界温度变化并不明显。次表层由于具有强的位温梯度,湍扩散导致逆温层下界温度显著降低,是观测期间逆温衰退的主要原因。湍扩散作用导致次表层水体温盐属性趋于均匀,这一过程对于阿拉斯加湾逆温现象的形成及演变研究具有重要意义。
基于多变量LSTM神经网络模型的PDO指数预测研究
于振龙, 许东峰, 姚志雄, 杨成浩, 刘松楠
2022, 44(6): 58-67. doi: 10.12284/hyxb2022047
摘要:
利用1921–2020年的海平面气压、海平面高度、热含量数据以及海冰密集度作为太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)指数的预报要素,建立了关于PDO指数时间序列预测的多变量长短期记忆(Long Short Term Memory, LSTM)神经网络模型,对比分析了2011–2020年不同时间序列预测模型的PDO指数预测结果,最后利用多变量LSTM神经网络模型实现了2021–2030年的PDO指数预测。结果显示,多变量LSTM神经网络模型的预测值与观测值经过交叉验证后的平均相关系数和均方根误差分别为0.70和0.62;PDO未来10年将一直处于冷位相,PDO神经网络指数出现两次波动,于2025年出现最小值。相比于其他时间序列预测模型,本文采用的多变量LSTM神经网络模型预测结果误差小、拟合效果好,可以作为一种新型的预测PDO指数的手段。
大风影响下的莱州湾西岸单站底层泥沙输运特征分析
李海, 万凯, 宋新, 宋德海, 王楠, 鲍献文
2022, 44(6): 68-79. doi: 10.12284/hyxb2022041
摘要:
基于2018年10月21日至11月6日莱州湾西岸连续站观测数据,本文利用集合经验模态分解、希尔伯特−黄变换和小波分析法对底层单宽输沙率的小尺度特征做分析,并针对观测期间出现的大风天气对泥沙输运的影响进行了探究。结果表明,单宽输沙率在观测时间段内具有高频、潮周期、低频以及长周期尺度变化特征,周期尺度从小到大。其中高频和潮周期分量方差贡献率及所含能量最高,对输沙率的影响最强。边际谱显示东西方向输沙率的显著周期为13.3 h,南北方向大于11 h的周期较为显著。观测期间底层净泥沙通量分别为东向305.77 kg/m、南向597.25 kg/m,余流分量贡献最大,低频和高频分量贡献最小。上强迫风场主要在风速衰减期通过湍流和波浪影响输沙速率的时频分布,使其低频变化显著增强的同时,产生1 h周期左右的高频波动。交叉小波分析显示,风速和单宽输沙率在低频波段上相干性较强,且单宽输沙率会滞后风速1/4至1/2个周期。另外,风浪会增强泥沙输运的涨落潮不对称性,进而增加潮周期分量上的泥沙净输运。
海洋地质
西太平洋卡罗琳海域沉积速率:来自3种测年方法的限定
陈亮, 殷征欣, 刘紫荆, 唐盟
2022, 44(6): 80-88. doi: 10.12284/hyxb2022051
摘要:
为了更好地认识西太平洋暖池区北部卡罗琳海域沉积速率的变化,利用放射性碳测试(14C)、氧同位素及古地磁方法对采自西太平洋卡罗琳地区一根长217 cm的柱状样开展了综合年代学分析。14C数据获取了样品上部44.3 ka BP以来的年代数据,在此基础上利用氧同位素及古地磁相对强度数据建立了该柱125 cm至表层的年代框架,对应为MIS4期(约8万年)以来的沉积。进一步分析发现本柱在126~127 cm处存在明显沉积间断,虽然该处已超出14C测年范围,但古地磁测试结果表明该柱位于布容正极性时期,同时古地磁强度与氧同位素的变化关系为沉积间断以下年代数据获取提供了可信的证据,表明该阶段对应距今13万年至18万年时期。本柱沉积速率在沉积间断前后均较为一致,为1~2 cm/ka。同时对比不同方法获取的沉积速率之间差异后,发现个别层位可能由于较高的有孔虫破壳率,导致14C值存在较大偏差。
珠江三角洲全新世沉积物磁性特征及早期成岩作用分析
吉俊熹, 时硕, 陈莹璐, 王孟瑶, 王张华
2022, 44(6): 89-105. doi: 10.12284/hyxb2022061
摘要:
磁性矿物的早期成岩作用是沉积物埋藏后的重要过程,辨别早期成岩作用,才能更好地解释地层的矿物磁性变化。本研究对珠江三角洲顺德平原全新世钻孔MZ孔进行沉积相和室温磁性分析,并辅以热磁分析鉴定磁性矿物,以探讨钻孔不同深度和沉积相的早期成岩作用阶段。结果表明,MZ孔全新世地层自下而上包括感潮河道、河口湾和三角洲相。室温磁性特征与沉积相缺乏明显关联,表现出强烈的早期成岩作用。此外,全新世晚期岩芯磁性特征还受人类活动影响。该孔早期成岩作用以磁性矿物溶解和形成自生黄铁矿为主。在三角洲前缘相的上部和河口湾相底部保存了硫复铁矿。根据矿物组合推测以4.51~4.56 m和30.4~30.5 m两个深度为代表的硫复铁矿形成机制不同,即三角洲前缘相中硫复铁矿可能形成于早期成岩作用的硫酸盐还原阶段,而河口湾相的硫复铁矿形成于甲烷厌氧氧化阶段,后者的含量随着深度增加逐渐增多。上述现象说明,沉积环境可以通过影响有机质和硫酸根离子的供应量,决定磁性矿物所达到的早期成岩作用阶段。
海洋工程
珠江蕉门分汊河口分流比水槽实验研究
姚鹏, 余志斌, 苏敏, 安欣禧, 周曾
2022, 44(6): 106-115. doi: 10.12284/hyxb2022055
摘要:
作为珠江主要的泄洪排沙口门,珠江蕉门主要承泄西北江的径流和泥沙,与虎门通过横向汊道凫洲水道连通,其分水分沙的比例对粤港澳大湾区防洪及通航安全至关重要。针对凫洲水道分流比问题,本文基于蕉门分汊河口的形态特点及地貌特征,设计系列水槽实验,探究凫洲水道分流比、分流比影响因子及其变化趋势等。结果表明:在保证宽度比、深度比和流量比均相似的情况下,该水槽实验可较高精度地模拟蕉门分汊河口分流比。凫洲水道分流比受到蕉门与虎门共同影响:虎门与蕉门的相对流速比越大,凫洲水道分流比越大,其主汊地位越明显。在现有的地貌特征条件下,凫洲水道主支汊转变的阈值是虎门与蕉门相对流速比,约为0.35。研究成果可为蕉门整治、保障其行洪通航安全等提供参考依据。
SPH方法的孤立波与部分淹没结构物相互作用数值计算研究
林金波, 毛鸿飞, 田正林, 纪然
2022, 44(6): 116-127. doi: 10.12284/hyxb2022045
摘要:
为研究孤立波作用下结构物周围流场特征,基于无网格SPH方法,建立孤立波与海洋结构物相互作用模型,对不同波幅孤立波作用下部分淹没矩形结构物周围波面、流速、涡量及结构受力特征进行计算分析,探索了相对波高对非淹没结构物周围流场的影响规律。结果表明:流场特征与相对波高密切相关,相对波高较小时,波面、流速、涡量及结构荷载均较为光滑,相对波高在0.2以上时,波峰爬升至结构物顶部并在越过结构物后与水槽内水体碰撞造成流场波动,波面、流速、涡量及结构荷载的波动幅度随着相对波高增大而增大,流场更加复杂,结构物水平和垂向负压也越大,且结构物周围涡分布逐渐向深度方向和下游方向发展。
海洋信息科学
基于高频地波雷达的多时间尺度海流研究
张景思, 吴伦宇, 葛建忠, 丁平兴
2022, 44(6): 128-139. doi: 10.12284/hyxb2022039
摘要:
近海海流受多种动力过程及岸线岛屿的作用呈现空间和时间尺度上的复杂变化,而地波雷达由于其探测面积广、时间分辨率高的特点成为研究这些变化的有效手段。本文利用舟山海域多年高频地波雷达资料,通过潮流调和分析、低通滤波和相关性分析对该海域海流潮周期、极端事件、季节、年际尺度的动力过程进行了解译。研究表明,舟山海域属于正规半日潮,潮流运动形式以顺时针旋转流为主,流速大小在空间上为东北方向较大,往西南方向逐渐减小,并在近岸处得到增强。余流的年际变化并不显著,但存在着明显的季节变化,例如冬季为南向流,流速减小,空间分布上近岸较外海大,而夏季与之反向,为北向流,流速较大,空间分布较为均匀。进一步分析了风与余流之间的相关性,在大风期间,风与余流的速度相关系数在0.48~0.90之间,方向相关系数在0.55~0.68之间。极端事件发生时,速度、方向的相关系数分别高达0.92与0.91。总体而言,通过分析高频地波雷达数据能够较好地反映舟山海域海流的时空特征,为海洋灾害监测和污染物、藻华的输运研究提供依据。
广东省14个海滩裂流类型及统计特征分析
胡鹏鹏, 李志强, 朱道恒, 苏倩欣, 李高聪
2022, 44(6): 140-149. doi: 10.12284/hyxb2022037
摘要:
裂流是沿海地区频发的一种高速离岸流。根据Castelle的裂流分类模型对广东省14个海滩的Google Earth影像进行了解译分类,对裂流分类模型在遥感影像中的应用进行了探讨。结果表明:在高风险月份,海滩裂流的组成较为单一,混合型裂流少,水深控制的裂流占据主导地位,裂流数量总体维持在较高水平;在中风险月份,水动力控制的裂流和混合型裂流的比例增加,水深控制的裂流仍然占有一定比例;在低风险月份,裂流很少出现,甚至无裂流发生。裂流的类型与海滩的状态密切相关。对于海湾中的海滩,海湾长度影响裂流的数量,海湾凹入度影响不同类型裂流的组成比例。考虑到实验条件的限制,这一规律需要后续结合实际地形地貌进行更细致和深入的研究和验证。按照本文解译标准得出的分类结果,与前人提出的裂流风险性评价模型吻合度较高,进一步说明了该解译标准的有效性,为今后对海滩裂流的研究和分类工作提供了一定的参考。
黄河口悬浮泥沙时空动态及其驱动机制
褚言皓, 吴文娟, 李鹏, 陈沈良
2022, 44(6): 150-163. doi: 10.12284/hyxb2022059
摘要:
受径流输沙、风浪、潮汐等影响,河口近岸海域悬浮泥沙具有显著的时空变化。本文基于小时分辨率的GOCI遥感影像,利用最优遥感反演算法,结合空间分析和统计方法,深入研究黄河口及邻近海域悬沙时空动态特征及驱动机制。结果表明,径流输沙对悬沙浓度的影响以河口近岸区为主,高径流输沙对悬沙浓度分布影响可达距岸约20 km,并向孤东近岸方向扩散。大风可引起清水沟老河口区泥沙强烈再悬浮,形成高浓度悬沙区。涨落潮对小时尺度的悬沙浓度影响显著,并影响悬沙的南北扩散。大潮悬沙浓度变化和扩散范围均大于小潮,潮流流速不同是造成该差异的主要原因。水深与悬沙浓度之间存在较明显的负相关关系,根据不同驱动因素的差异,悬沙浓度随着水深的增加呈现出指数型、幂函数型、线性3种关系。