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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2003年
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大洋波动和近海涡旋的观测与理论研究

乔方利  
【摘要】: 本论文分别基于海洋卫星高度计资料分析、海洋数值模拟、海洋动力机理等研究手段对大洋Rossby波动、/信号传播通道、渤黄东海潮流长期物质输运、东海冷涡的上升流结构进行了研究。主要结果如下: 在大洋Rossby波动方面,基于1992年10月至2000年12月的TOPEX/Poseidon(T/P)和ERS-1/2卫星高度计资料,本文分析了周期短于150d的高频波动及其空间分布特征。在功率谱密度计算基础上,本文分析特定频段所含能量占周期短于150d的高频波动总能量的百分比,发现该频段最强振荡(下文称主振荡)所对应的周期从近赤道的1个月逐步增加至南北纬30°N(S)附近的4个月,与西向行星Rossby波的相速随纬度增加而变慢相对应。主振荡所对应的周期在全球海洋中呈显著的带状分布。进而表明在14°N(S)附近60d周期的振荡除通常所认为的由于潮汐混淆所造成的虚假信号之外,主要是行星Rossby波形态的真实信号。 在/信号传播通道方面,基于1992-2001年卫星高度计资料分析了海面高度距平在厄尔尼诺()现象中的演变过程,发现:1) 在过程中,海面高度正距平信号从西太平洋沿赤道海域向东传播至东海岸,然后分成南北两支,北支在10°N附近从东太平洋传回西太平洋的信号最强,到达西太沿岸海域再传回赤道,表明信号传播在南北半球各存在一循环回路。赤道以南循环圈不及赤道以北环路清晰。而东太平洋的季节变化信号通过6°N,10°N和8°S附近存在3个通道向西太平洋传播。信号主要从5°N和7°S向西传播;2) 在大洋海盆尺度快速传播信号背景下,存在波长700-800km的慢速传播信号,两类信号将信息在太平洋内传送。 传播速度分析表明,慢速传播信号的相速与Rossby波相符,而快速传播信号应该是海洋对大气变异的响应。 在渤黄东海潮流长期物质输运方面,基于三维POM潮汐潮流高分辨率数值模式,模拟了渤黄东海K1,O1,M2和S2四个分潮的潮波系统。基于模拟的该海域1999年全年潮流场,对初始均匀分布于5′×5′格点上的表面质点进行长期跟踪,结果表明:(1)发现该海域水体的长期潮流拉格朗日输运会形成质点族的条带结构,且以苏北琼港为中心呈放射状分布;(2) 年平均的输运流场表现为:从太平洋通 WP=5 过日本岛链进入黄东海,黄海槽以东沿朝鲜半岛北上在黄海主体上形成潮致逆时针流环,并有一分支通过渤海海峡北部进入渤海,黄海槽以西向琼港附近辐聚。渤海形成双逆时针流环。总体上讲,潮余流不从渤海向黄海输运,且在(38°N,121.53°E)处存在一逆时针流环。潮余流通过台湾和对马海峡向外输运;(3)提出利用潮流欧拉场对质点进行拉格朗日跟踪的时间步长应不长于10分钟,否则将会因时间步长过大而引起的累计计算误差不可忽略。 在东海冷涡的上升流结构方面,基于2001年7月底东海冷涡海域海洋水文及化学综合调查资料分析,发现海洋冷涡所对应的PO4营养盐高值区位于冷涡中心的两侧,据此推测冷涡上升流呈环状结构,强上升流区不是位于涡旋中心而是位于离中心一定距离处。1998年6月同一断面海洋水文及化学调查资料分析也证实了这一现象。基于上述观测事实,本文建立了海洋涡旋动力学模型,所求出的解析解表明:海洋冷涡上升流速度最大值位于离中心一定距离处。利用实际观测的海洋温度资料计算的上升流分布与实测营养盐分布特征一致。
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