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2014年  第36卷  第9期

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2014, 36(9): .
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2014, 36(9): .
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2014, 36(9): .
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综述
应用极化合成孔径雷达检测海上溢油研究进展
邹亚荣, 邹斌, 梁超
2014, 36(9): 1-6. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.001
摘要:
海上溢油给海洋生态环境带来严重的影响,快速准确地探测溢油对于防灾减灾具有重要的意义。利用卫星遥感探测溢油已成为目前主要的检测手段,大多采用合成孔径雷达(SAR)数据,运用图像处理的方法,开展了多种溢油提取算法的研究,取得了较好的结果,但由于海洋的类溢油现象存在,造成提取信息的精度达不到要求。近年来,国内外运用极化SAR数据开展溢油信息提取研究,从极化分解与相位差等角度对溢油特性分析,能有效地区分一些类溢油现象,得到了较理想的结果。分析了应用SAR数据开展溢油信息提取的研究状况,总结了溢油极化SAR探测的研究,指出了目前研究中存在的不足,并提出了今后溢油极化SAR遥感监测的方向。
论文
中国海和泰国湾海域海平面的经向涛动
李立
2014, 36(9): 7-17. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.002
摘要:
卫星高度计遥感海面高度距平资料(1992-2012年)的分析结果证实中国海(渤、黄、东海及南海)和泰国湾作为一个半封闭的狭长水域,其海平面存在显著的南北经向涛动。涛动呈现明显的季节性,冬季南高北低,夏季北高南低,以渤海和泰国湾的海平面高差作为涛动的测度,其多年平均波动幅度达63 cm,较差超过80 cm。时间序列分析显示,在季节尺度上这一涛动几乎完全受东亚季风的支配,表明东亚季风的局地强迫是造成季节涛动的主要原因。进一步的分析发现,除季节波动之外研究海域海平面的经向涛动还存在明显的年际变化。不过,与季节尺度的波动有所不同,经向涛动的年际变化不仅是东亚季风区局地作用的结果,而且与太平洋海盆尺度的大气强迫有关,其作用与季风在同一数量级。涛动的年际变化大致滞后各气候因子两个月。采用多输入线性模型做偏相关分析筛选的结果显示,除东亚季风指数之外,研究海域的海平面涛动指数主要与太平洋的南方涛动指数(SOI)和西太平洋遥相关指数(WP)相关。这表明外部强迫既来自热带,也来自中纬度。南方涛动所导致的赤道海域海平面的东西向年际涛动,以及中纬度西风急流年际波动对西北太平洋海平面的作用,都有可能导致研究海域海平面经向涛动的年际变化,其机制有待进一步探讨。
数值模式与统计模型相耦合的近岸海浪预报方法
毛科峰, 萧中乐, 王亮, 季卫海
2014, 36(9): 18-29. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.003
摘要:
针对数值模式和统计模型预报近岸海浪存在的局限性,构建了数值模式和统计模型相耦合的近岸海浪预报框架,在模式计算格点和近岸预报目标点之间定义一个海浪能量密度谱传递系数,通过经验正交函数分解和卡尔曼滤波方法建立传递系数的统计预报模型并与数值模式进行耦合。经过对近岸波浪观测站1 a的预报试验表明:该方法能够提高近岸海浪有效波高预报精度,有效波高的均方根误差降低了约0.16 m,平均相对误差降低约9%。进一步试验和分析发现,该方法的预报有效时间小于24 h,将海浪能量密度谱经过分解后得到的基本模态反映了近岸波侯的主要特征,海浪能量密度谱传递系数的变化体现了波侯的季节变化特点。
波浪破碎下油滴粒径分布理论模型研究
孙宝楠, 袁业立, 韩磊, 杨永增, 连展
2014, 36(9): 30-36. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.004
摘要:
海上溢油在波浪破碎的情况下经常会形成油滴,本文讨论了油滴形成的可能机制,根据量纲分析瑞利法建立了油滴卷入率与能量耗散率、卷入深度等破碎统计物理量的关系。基于量纲分析Π定理并根据毛细数、无量纲卷入时间与粘度比的实验关系,导出了油径谱的理论模型。初步结果表明,理论谱斜率-2.29与观测谱斜率-2.3符合良好,剪切率、表面张力、油滴半径、油和水的黏度等因素是影响油滴总数的主要原因。
带丁坝型半封闭矩形海湾中M2分潮 潮波和潮流特性分析
钱学生, 陈永平, 张长宽
2014, 36(9): 37-44. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.005
摘要:
将黄渤海海域概化为矩形海湾,山东半岛概化为垂直于海岸的巨型丁坝,形成一个带丁坝型半封闭矩形海湾。利用DELFT3D-FLOW计算模块在上述海湾中进行了M2分潮数值模拟,对其无潮点和辐射状潮流场的特性进行了分析。研究发现:考虑科氏力影响和巨型丁坝反射作用,坝前形成了明显的无潮点,但在等水深条件下并未形成辐射状潮流场,而叠加上倾斜海底地形后其得以形成;无潮点和辐射状潮流场顶端位置受水深影响明显,随着平均水深的增大,无潮点将向湾口和湾中轴线方向偏移,而辐射状潮流场顶端则向湾口方向偏移。研究结果有助于加深对带丁坝型半封闭矩形海湾中驻潮波系统形成机制和动力特性的理解和认识。
利用卫星测高、GRACE和GOCE资料估计全球海洋表面地转流
冯贵平, 金双根, JoseM.SanchezReales
2014, 36(9): 45-55. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.006
摘要:
重力恢复和气候试验GRACE(gravity recovery and climate experiment)卫星极大地提高了地球重力场的精度和分辨率,特别是中长波分量,联合卫星测高数据可获得全球海洋表面大尺度洋流循环。另外,新一代地球重力和海洋环流探测卫星GOCE(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)于2009年3月成功发射,采用卫星重力梯度测量原理,对重力场的高频部分非常敏感,使其高分辨率监测全球海洋循环成为可能。本文利用1~7年GRACE观测数据确定的重力场模型和18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3,联合卫星测高确定的平均海面高模型MSS_CNES_CLS_11,分别估计全球海洋表面地转流,并且与实测浮标数据结果进行比较。分析表明GOCE重力卫星确定的重力场模型具有更高的空间分辨率,能够确定高精度和高空间分辨率的全球海洋地转流,如墨西哥湾暖流的细节和特征,并且与实测浮标结果基本一致。而基于1~4年GRACE观测资料的模型不能很好估计全球地转流特征,基于7年GRACE观测资料的重力场模型ITG-Grace2010s确定的全球地转流的精度仍低于18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3的结果,估计的全球地转流仍含有较大的噪声,不能很好地反应中小尺度地转流细节特征。并计算ITG_Grace2010s和GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的内符合精度,结果显示,在全球范围内,GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的精度都比ITG_Grace2010s结果的精度有着很大的改善,其中ITG_Grace2010s的稳态海面地形的精度为21.6 cm,而GOCE_TIM3的结果则为7.45 cm,ITG_Grace2010s的全球平均地转流的精度为40.7 cm/s,而GOCE_TIM3的结果则为19.6 cm/s。
南海18°N断面中层水的年代际变化
赵德平, 王卫强, 覃慧玲, 毛庆文, 王东晓, 陈荣裕
2014, 36(9): 56-64. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.007
摘要:
利用中国科学院南海海洋研究所历史温盐剖面观测资料和WOD09(World Ocean Database 2009)中的CTD、OSD、PFL温盐剖面资料,分析了1965-2012年间南海18°N跨海盆断面中层水的变化特征。研究结果表明:中层水平均盐度呈现显著的年代际变化,20世纪60年代中期至70年代末,中层水平均盐度约为34.432,80年代盐度增加至34.440,90年代之后至今盐度明显降低;在年代际尺度变异调制下,不同年代中层水盐度变化有不同的变化趋势,1967-1977年呈现显著的下降趋势,1990-1997年中层水盐度从34.450迅速降为34.414,而在1997年之后表现出明显上升趋势,与此同时,中层水温度有着相似的变化特征,与90年代之前相比,21世纪以来温度与盐度同步下降,并且变化幅度变小。与大洋的中层水团年代际变异相比,南海18°N断面中层水呈现出与大洋不同的特征。另外,中层水盐度有着十分显著的年际变化,其振幅远大于年代际尺度变异,并且与ENSO密切相关,在厄尔尼诺年达到极小值。
中国近海海平面变化与ENSO的关系
王慧, 刘克修, 张琪, 范文静, 高志刚, 张增建, 李琰
2014, 36(9): 65-74. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.008
摘要:
利用中国沿海台站潮位和中国近海及赤道太平洋的卫星测高、海表温度、风及气压资料,分析了中国近海海平面变化与ENSO的关系。分析结果表明:中国沿海海平面季节变化受ENSO影响明显,在厄尔尼诺事件期间,中国沿海海平面Sa分潮的振幅明显减小,其中年振幅的历史极小值均出现厄尔尼诺年,不同区域历史极小值出现的年份不同;另外,中国沿海Sa分潮的振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关,在强事件中,响应区域和幅度较大,弱事件中,响应区域和幅度偏小。在厄尔尼诺年,中国沿海海平面多低于相邻年份,并且其年际变化存在明显的2~3 a、4~7 a、准9 a、11 a和准19 a的周期,其中4~7 a的周期在冬春季节震荡最显著,其震荡幅度接近2 cm。中国近海海平面与赤道东太平洋区域的海表温度年际变化之间存在反相关关系,其相关系数为-0.42;同时与Niño4和Niño3.4指数序列也呈现反相关关系。针对典型的1997/1998年尼诺事件发生前后的风场和气压场分析发现,尼诺发生前的冬半年,冬季风偏强,气压梯度加强,中国沿海海平面偏低;到了厄尔尼诺的盛期,出现较强的南风异常,气压梯度反向,季风转向,过渡到了厄尔尼诺事件的衰减期,为拉尼娜事件做准备,此时海平面偏高。
海-气界面动量通量的估计方法分析与应用
邹仲水, 赵栋梁, 黄健, 李水清, 马昕, 盛立芳
2014, 36(9): 75-83. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.009
摘要:
首次将经验模态分解方法引入湍流稳定性分析,与传统的线性和滑动平均去势方法进行了比较,发现经验模态分解方法的去势效果最好。基于“南海平台通量观测计划“(FOPSCS)近两年的连续通量观测数据,得到了22 476个摩擦速度的估算值,结果表明,当风速小于5 m/s时,拖曳系数随风速增大而减小,而风速大于5 m/s时,拖曳系数随风速增大而增大,两种情形分别反映了黏性表皮摩擦和波浪引起的形状阻力对海面风应力的贡献。同时发现短风区情形的拖曳系数大于长风区情形,说明波浪成长状态会对海-气界面动量交换产生影响。
海洋飞沫对热带气旋边界层结构的影响
王平, 陈葆德, 曾智华
2014, 36(9): 84-93. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.010
摘要:
将海洋飞沫参数化引入到一个高分辨率、非静力中尺度WRF模式中,对0908号热带气旋Morakot进行数值模拟,探讨了海洋飞沫对热带气旋Morakot边界层结构和强度的影响。模拟结果表明:采用新参数化后,对热带气旋Morakot的强度预报有改进,但对热带气旋移动路径改进不大;其次,通过对边界层过程的改进,使得眼墙区域的平均径向风速、切向风速、温度、相对湿度、垂直风速、热通量,降水等物理量均有增强,各物理量的贡献对热带气旋Morakot强度和结构变化的影响十分重要。
西北太平洋副热带模态水形成区声传播特性分析
张旭, 程琛, 刘艳
2014, 36(9): 94-102. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.011
摘要:
利用Argo剖面数据和水声学数值模型,分析了西北太平洋副热带模态水(STMW)形成区因季节性环境差异所引起的水声传播变化特征。声场计算结果表明,STMW形成区域的声传播为近表层波导与会聚区的复合形式,其中会聚区终年存在,表面波导在秋、冬两季混合层加深的环境条件下出现,次表层波导在夏季STMW潜沉的环境条件下出现。上层海洋中两类不同形式的波导使表层和次表层的声能分布呈反相变化,波导内与波导外的声能差异可达10~15 dB(声波频率为1 000 Hz)。STMW的季节性变化还会引起会聚区的位置差异,具体情况与声源深度有关。声源在20 m时,夏季会聚区距离最远,秋季、春季次之,冬季最近,夏季和冬季相差6.6 km;声源在150 m时,夏季会聚区距离缩短了3.1 km,其他季节变化不大。
基于合成孔径雷达回波信号的海洋溢油监测方法研究
孙健, 胥亚, 陈方玺, 彭仲仁
2014, 36(9): 103-105. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.012
摘要:

海洋油污染是各类海洋污染中最常见、分布面积最广且危害程度最大的污染之一。近年来,海洋特别是近海人类活动频繁,且随着海上运输和石油加工业的发展,油田井喷、钻井平台爆炸、船舶碰撞等所造成的溢油事故增多,因而,监测海洋溢油具有重要的经济和社会现实意义。研究采用MatLAB工具,通过图像预处理(图像校正和增强)、特征提取和神经网络识别等方法,对合成孔径雷达(SAR)海洋溢油图像进行处理,最终期望实现半自动区分SAR图像上各类目标,并进行多种神经网络方法效果比较。研究首先对SAR海洋溢油图像进行初步人工识别;然后进行图像预处理(几何校正、滤波处理等)和基于灰度共生矩阵的特征值计算;最后,借助神经网络方法对溢油区域和疑似溢油区域进行分类,输出分类处理后的图像。通过输出图像分析发现,神经网络能对SAR海洋溢油图像中溢油、海水、土地3类目标进行明确分类,且RBF神经网络模型精度高于BP神经网络。本文提出的半自动分类方法不仅能提高SAR图像处理效率,将分类目标扩充有溢油和非溢油扩充到溢油、海水、土地3类,提高图像处理的全面性,同时通过比较RBF和BP神经网络在SAR溢油图像分类上的具体优劣,有着较好实际意义。

南海珊瑚礁地貌模型研究
赵焕庭, 王丽荣, 宋朝景
2014, 36(9): 112-120. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.013
摘要:
近200 a前Darwin于1832-1836年间环球考察热带海洋珊瑚礁后,首次建立了珊瑚礁地貌模型并论述其形成机制,该模型总体形态呈全部或部分被上截了顶部的锥形,本文简称为“上截锥型“。此后历经几代学者的研究,都继承了他的珊瑚礁地貌模型。对南海珊瑚礁地貌模型的研究,近年有研究描绘为另外一种模型,该模型的特点是礁外坡为内凹形,礁体形态呈蘑菇状,本文称为“蘑菇型“。本文根据许多南海珊瑚礁地形实测资料和地貌学研究文献,确认南海珊瑚礁地貌模型应为上截锥型,“蘑菇型“珊瑚礁地貌模型并不符合珊瑚礁形成演化规律,在自然界内不存在。
白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究
汪卫国, 戴霜, 陈莉莉, 吴日升, 余兴光
2014, 36(9): 121-131. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.014
摘要:
为了准确解释环境磁学参数记录的极地古气候环境变化信息,本研究对白令海和西北冰洋61个站位的表层沉积物进行了高、低频质量磁化率(χ)、非磁滞磁化率(χARM)和磁化率-温度(k-T)分析,以探明该区沉积物中磁性矿物的种类、来源与搬运路径。结果显示,样品的χ具有明显的地域分布特征。白令海的χ值整体高于楚科奇海,并在育空河口外侧和圣劳伦斯岛南侧较高,向北和向西南方向逐渐减小。楚科奇海中东部陆架上表层沉积χ值高于阿拉斯加沿岸,而西北冰洋深海平原和洋脊区的χ值最低。χARM的变化趋势与质量磁化率相似,但频率磁化率的变化趋势与质量磁化率正好相反。k-T分析结果显示阿留申海盆沉积物中的铁磁性矿物以磁赤铁矿占主导,白令海陆架育空河口外侧和圣劳伦斯岛南北两侧为磁铁矿,白令海陆架西部和楚科奇海陆架中东部为磁赤铁矿和磁铁矿,楚科奇海阿拉斯加沿岸为黄铁矿,而西北冰洋陆坡、深海平原和洋脊区为胶黄铁矿和黄铁矿,但高纬度区沉积物中的胶黄铁矿含量更高。沉积物中磁性矿物的区域性分布受沉积物来源、洋流和底质环境等因素的控制。白令海和楚科奇海陆架磁赤铁矿来源于亚洲大陆,白令海陆架东部的磁铁矿来自育空河流域,阿拉斯加沿岸沉积物中的黄铁矿,应为阿拉斯加西北部陆源侵蚀来源的或早期成岩作用形成的,西北冰洋深海盆区的胶黄铁矿,为自生成因的。
福建海岸侵蚀风险评价研究
罗时龙, 蔡锋, 刘建辉, 雷刚, 王厚杰
2014, 36(9): 132-141. doi: 10.3969.issn.0253-4193.2014.09.015
摘要:
海岸侵蚀和淤积一直存在于海岸带系统内并塑造着现在的海岸线,近年来不当的人类活动以及全球气候变化加剧了海岸侵蚀,导致沿海土地流失,威胁人类生命财产安全。本文构建了海岸侵蚀风险评价理论体系,阐述了海岸侵蚀风险评价的方法,为海岸侵蚀风险管理提供有效指导。运用层析分析法确定评价指标权重;根据模糊集理论合成海岸侵蚀风险等级。以福建省海岸带为例,进行了海岸侵蚀风险评价,编绘了风险评价图,评价结果与客观情况比较吻合,验证了文中理论方法的适用性。本文构建的海岸侵蚀风险评价理论体系可以推广到其他区域,但应根据实际情况适当调整指标个数以及指标权重。