973项目申报书——中国东部陆架边缘海海洋物理环境演变及其环境效应new

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1、项目名称：中国东部陆架边缘海海洋物理环境演变及其环境效应首席科学家：吴德星中国海洋大学起止年限：2005.12至2010.11依托部门：教育部一、研究内容我国东部陆架边缘海环境演变主要受诸如大气强迫场，长江和黄河等入海物质通量及组成变化，洋流（主要黑潮）的外力驱动和太平洋潮波与其他波动传入的作用。为此，针对经济可持续发展战略需求，在长江和黄河入海水沙量变化，营养盐和污染物剧增的背景下，结合气候变化、外洋强迫变化及大洋潮波与其他波动传入，根据项目的总体设想，提出以下拟解决的关键科学问题：1.海水中和边界上能量如何级联，并驱动物理环境演变事实上，海洋中各种运动现象和环流系统的产生、发展、变化或

2、消衰的过程本质上是能量传递、累积、转换和消耗的过程，其量值的长期演变本质上控制着海洋物理场的演变。因此，研究海洋物理环境演变必须首先回答海水中和边界上的能量级联及其如何驱动物理环境演变的问题。该问题不仅是物理海洋学中的一个重要科学问题，同时也是研究海洋环境、保障重要海上开发活动安全和生物资源长期变化的理论基础。2.颗粒物输运路径、转化过程及其长期变化对物理环境演变如何响应从全球变化的角度，陆架边缘海是全球物质循环“源－汇”效应的过渡区。但是，由于黑潮的屏障作用和中国东部边缘海特有的环流体系及较稳定的高浑浊度特点，中国东部陆架边缘海存在固有的物质“汇”特性。这一固有的特性一定程度上影响生源要

3、素形态结构及分布，进而对生物生产和渔业资源产生重要影响。而研究颗粒物输运路径、转化过程及其长期变化，是揭示上述物质“汇”之内在机制的重要途径，也是连接物理环境演变与环境效应的纽带和重要理论问题。3.生物资源对海洋环境演变如何响应海洋生态系统中的各种海洋生物均受到海洋环境演变直接和间接的影响，而浮游生物的反应尤其敏感，其群落结构及生物量的变化必然对渔业资源产生直接的影响；同时，海洋环境的演变也对渔业资源生物的种群结构、洄游、分布与渔场形成产生直接的影响。东部陆架边缘海特有的水文状况和物质分布，决定了这一海域具有特定的生物群落并孕育了数个高产渔场，其中生存着许多优势生物类群及一些对环境变化敏感

4、的指示种。研究这些优势类群和指示种对海洋环境演变的响应是揭示生物群落结构、多样性与生物量变动的关键，也是研究资源评估、渔场变迁和渔业丰欠的基础。　　围绕上述三个关键科学问题，重点开展以下三方面的研究：1.大气强迫变化、黑潮变异和黄河、长江入海物质通量变化驱动下海洋物理环境的演变及趋势预测（1）大气强迫变化驱动下的海洋物理环境演变利用已有的历史观测资料和卫星遥感资料，结合数据同化技术，建立研究海区50年时间尺度上的高时空分辨率的大气要素和海洋动力学要素场；分析大气环流和气象要素在“关注”时间尺度上的变率、周期和位相特征；揭示其主要控制因素及在50年时间尺度上大气强迫场和海洋物理场的变异行为，

5、结合数值模拟，探讨大气强迫变化对海洋物理环境演变的影响过程。（2）东海黑潮与陆架环流系统在年际和年代尺度上的相互作用机理通过分析太平洋历史观测资料和再分析资料，揭示东海黑潮的年际和年代变化规律；利用陆架边缘海环流模式、大洋环流模式与嵌套技术，研究东海黑潮与陆架环流在年际和年代尺度上的变化和相互作用。（3）黄河和长江入海水沙通量变化对海洋物理场演变的影响基于已有的历史观测资料和卫星遥感资料，利用河口模式、陆架边缘海环流模式与嵌套技术，研究黄河、长江入海水沙通量变化对海洋物理环境演变的作用，探讨人类活动对海洋物理环境演变的作用。（4）海水中和边界上能量级联及其对物理环境演变的作用机理通过探讨“

6、潮致体力”对环流做功的机制，研究潮汐、潮流与环流的能量级联；通过探讨海浪混合作用导致的重力位能变化机制，研究海浪与环流的能量级联；通过探讨海浪辐射应力作用，研究高频大气强迫转换成低频海水运动的能量级联；通过探讨浮力通量变化连带的重力位能变化及调整环流的机制，研究与浮力变化相关的能量级联过程；在探讨黑潮的变异与陆架环流的相互作用机制的基础上，研究两者之间的能量级联；通过能量级联分析，研究海洋物理环境的演变机理。（5）渤黄东海物理环境演变规律及演变趋势利用重构的50年海洋物理场和外强迫场数据，通过模态分解和分析研究不同时间尺度现象的特征与其内在关系；研究相邻海域物理环境变化间的耦合关系；通过复

7、合分析，研究黄海冷水团及相应环流年际、年代变化；通过分析能量传递、累积、转换和消耗过程，研究温盐密度场及颗粒物浓度长期变化，探讨海洋物理环境演变过程；基于数据同化技术，构建半预测海洋数值模式，探讨海洋物理环境演变趋势、预测方法。（6）边缘海颗粒物“源－汇”效应通过关键区段现场调查，结合河流通量历史资料以及海洋物理过程模拟，研究黄河口、长江口和苏北高浑浊海域颗粒物在边缘海中起动-搬运-沉降途径与多重循环的动力过程与机制；研