西北太平洋副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡研究
【摘要】：
中尺度涡在西北太平洋副热带逆流区活动频繁,是该海区的重要海洋过程。本文通过两种途径对西北太平洋副热带逆流区及其邻近海域的中尺度涡进行了较系统的研究,一是直接利用卫星测高资料提取中尺度涡信息,二是基于海洋模式,采用数据同化技术,联合应用卫星高度计与卫星遥感海面温度以及包括Argo在内的各种温盐剖面资料,对海面高和三维温、盐、流进行长时序数值再分析,由再分析结果对该海区中尺度涡的时空分布、变化规律、生成机制等进行研究。为了获得理想的海面高和三维温、盐、流再分析结果,本文设计了一种基于递归滤波技术的顺次三维变分数据同化方法,其同化效果明显优于传统三维变分法。
目前对该海区中尺度涡的时空分布变化规律的系统研究较少见,本文对1996～2005年期间副热带逆流区及其邻近海域的中尺度涡进行了较系统研究。结果表明,平均每年出现50～70个中尺度涡,其中气旋涡数量略多于反气旋涡,这些中尺度涡的平均半径约170km,涡内外的海面高度差在10cm～40cm之间。春夏季中尺度涡的数量较多,强度较大,涡旋的维持时间也较长,秋冬季是该海区中尺度涡较不活跃的季节。
本文还利用上述再分析结果,分析了该海区正、反涡的移动及其相应的三维结构特征。以切向流速等于5cm/s作为涡旋边界的特征参数,反气旋涡多呈圆锥形,其深度可达1000m～2000m;气旋涡的形状接近圆柱形,其发展深度较浅,通常只有几百米。通过对相应的温度剖面的分析发现,暖核或冷核达到的深度通常比其特征流速发展的深度大几百米甚至上千米,但在100m以浅,冷、暖核特征并不明显,这些结果目前的研究尚少见。
目前的研究较少关注风场在该海区中尺度涡生成和发展过程中的作用。本研究使用NCEP和QuikSCAT风场进行了数值试验,并对风场旋度进行了分析,结果表明该海区中尺度涡生成数量的季节变化与分辨率较高的QuikSCAT风场及其旋度有较好的相关性。通过分析使用不同风场时再分析结果中的中尺度涡生成数量,结果表明采用分辨率较高的QuikSCAT风场作为模式的驱动场时,可以明显改善再分析结果对中尺度涡的再现能力,由此得到的中尺度涡生成数量的季节变化趋势与测高的结果基本一致。这也表明风场对中尺度涡生成数量的季节变化有一定影响。
此外,初步探讨了副热带逆流区及其邻近海域的中尺度涡活动对台湾以东黑潮和吕宋海峡水交换的影响。分析结果表明,该海区的中尺度涡活动会使台湾以东黑潮流量产生较大的波动,但并未发现该海区的中尺度涡通过吕宋海峡进入南海的现象,这一结果有待进一步探讨。
【关键词】：副热带逆流 中尺度涡 高度计 再分析 数据同化 【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P731.2
【目录】：
- 摘要4-6
- Abstract6-10
- 0.前言10-12
- 1.副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡研究进展12-22
- 1.1 国内外研究进展12-19
- 1.1.1 中尺度涡的一般研究进展12-16
- 1.1.2 副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡的研究进展16-19
- 1.2 研究问题的提出和本文的主要研究内容19-22
- 2.基于卫星测高资料对副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡的研究22-39
- 2.1 资料的来源及处理22-23
- 2.2 副热带逆流区及其邻近海域的海面高度波动特征23-28
- 2.3 副热带逆流区及其邻近海域的涡动能分布特征28-31
- 2.4 副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡信息提取和特征研究31-37
- 2.4.1 中尺度涡提取方法31-32
- 2.4.2 中尺度涡的统计特征32-37
- 2.5 小结37-39
- 3.基于海面高和三维温盐流再分析对副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡的研究39-93
- 3.1 海面高和三维温盐流再分析40-70
- 3.1.1 海洋模式40-42
- 3.1.2 数据同化方法42-57
- 3.1.3 海面高和三维温盐流再分析及其结果检验57-70
- 3.2 基于再分析结果研究副热带逆流区及其邻近海域的中尺度涡70-90
- 3.2.1 海面高度变化特征和涡动能分布规律71-75
- 3.2.2 中尺度涡的分布变化特征75-78
- 3.2.3 中尺度涡的移动和相应的三维结构特征78-90
- 3.3 小结90-93
- 4.风场对副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡的影响93-103
- 4.1 风场对中尺度涡的相关性分析93-101
- 4.2 风场对中尺度涡影响的数值试验101-102
- 4.3 小结102-103
- 5.副热带逆流区及其邻近海域中尺度涡对黑潮和吕宋海峡水交换的影响103-113
- 5.1 中尺度涡对黑潮流量的影响103-107
- 5.2 中尺度涡对吕宋海峡水交换的影响107-111
- 5.3 小结111-113
- 6.主要结论及前景展望113-116
- 6.1 主要结论113-115
- 6.2 对将来工作的展望115-116
- 参考文献116-127
- 致谢127
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