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《中国海洋大学》 2014年
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中尺度涡

张正光  
【摘要】:中尺度是旋转流体力学中旋地转效应主导的最小尺度,所以对于中尺度涡的研究可以作为理解一系列地转占主的旋转流体现象的基石。但是由于观测上的困难,至今仍然缺乏对于中尺度涡三维结构清晰的认识;与此同时,由于概念上缺乏对于中尺度涡明确统一的定义,造成目前中尺度涡的相关理论支离破碎、彼此矛盾,甚至发生了中尺度涡与波动概念的混淆。波动虽然是自然界一类广泛存在的现象,但并不是旋转流体中所有的现象都可以用波动来解释,事实上试图用波动来对中尺度涡进行解释会带来一系列难以克服的困难。本文本着这样一个基本理念试图对中尺度涡的研究进行正本清源,即中尺度涡作为一个独立的物理现象必然具有明确简洁的概念,并存在建立在这一概念上的一个统一自洽的中尺度涡动力学,以及由这一动力学控制的中尺度涡统一结构。在这一理念的指导下,我们首先基于高度计资料与Argo浮标数据,从观测中得到了中尺度涡全球统一的三维结构。并在概念上给出了中尺度涡一个明确的定义,即中尺度涡是受地转控制的局地位涡异常。基于这一定义,我们使用极值原理的思想建立一套中尺度涡的理论框架,并使用建立起的动力学回答了一系列波动理论难以回答的理论问题,包括:(1)中尺度涡在f平面下的存在性问题;(2)中尺度涡在水平方向收缩为有限半径圆形结构的原因;(3)中尺度涡垂向结构的确定以及维持机制;(4)中尺度涡在β平面下携带水体向西移动的问题,(5)其他一些诸如中尺度涡在移动过程中为什么不发生水平频散与垂向模态分离的问题。揭示了形成闭合的等位涡线是中尺度涡携带水体的机制。最后作为将中尺度涡概念以及理论结果应用到现实海洋中的例子:(1)基于中尺度涡统一的三维结构,发展了一套可以从海表面信息反演中尺度涡三维结构的算法,并利用独立的中尺度涡个例观测检验了反演方法的可靠性;(2)给出了中尺度涡携带水体的体积,估计出中尺度涡可以在全球范围内产生30-40Sv的水体输运。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:P731.2

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【参考文献】
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【共引文献】
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