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《中国海洋大学》 2011年
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南海中尺度涡涡动动能和涡致热量输运特征的数值模拟研究

王大奎  
【摘要】:在大洋里,中尺度涡的典型空间尺度为数十千米至数百千米,时间尺度为数十天至数百天。海洋中大部分的动能都储存在中尺度涡中,然而,中尺度涡却在向极热量输运中扮演着相对轻微的角色。近年来,水文观测资料和卫星高度计资料显示南海存在着复杂的多涡结构。 通过分析卫星高度计、气候态温盐资料,探讨了南海中尺度涡的活动特征。利用不稳定性理论,分析了调节南海涡动动能(EKE)季节变化的动力机制。本文还利用Stammer涡致热量输运(EHT)理论讨论了基于观测的南海涡致热量输运特征。结果表明:南海海盆尺度平均的涡动动能在8-12月处于高值水平,而在2月至次年5月处于低值水平;越南东部海域、台湾西南海域和吕宋岛西南海域是三个EKE水平最显著的区域,并具有不同的季节变化特征;涡动动能主导着南海的总动能,特别是在中央海盆区域;50-500米范围内的水平流速的垂向剪切是不稳定性产生的主要来源,从而最终调节着南海涡动动能的季节演变;基于Stammer理论,涡致热量输运方向是downgradient的。 本文基于ROMS (Regional Ocean Modeling System)建立了南海涡识别的区域海洋模式。利用数值模式揭示了EKE的垂直结构特征。结果表明:EKE的季节和经向变化主要集中在南海表层和次表层;深层水域积分的EKE值不可忽略;南海EKE垂直曲线中,以-200m为拐点,其上EKE随着深度的增加迅速减弱,其下EKE变化缓慢。 利用数值模式揭示了南海冬季涡致热量输运的水平分布、垂直结构和温跃层对EHT的影响;探讨了EHT产生的动力机制;分析了Stammer涡致热量输运理论的缺陷。结果表明南海涡致热量输运矢量呈现海盆尺度的反气旋式输运特征,与平均流热量输运方向相反。涡致热量输运的经向分量是沿着温度的经向梯度的(upgradient),因此,Stammer涡致热量输运理论不适用于南海。引起中尺度涡热传输的主要动力过程局限于海洋表层和次表层。EHT在垂向存在着方向转换,向北输运的最大值在表层,次表层以深区域EHT的方向向南。温跃层的存在对EHT的垂向结构有重要影响,温跃层附近EHT被显著加强,有时伴随着符号转换。导致EHT产生的动力机制主要是涡致温度异常和涡致流速异常在垂向结构上的不重合性,这种不重合性来源于表面强迫,因而主要集中在混合层。此外,中尺度涡中轴线的倾斜也是EHT产生的可能原因。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P733.4

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【参考文献】
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