吕宋岛西北海域气旋式涡旋的结构及其形成机制

论文摘要

吕宋岛西北海域受到局地风应力和黑潮的共同作用,使其成为南海海洋涡旋的多发地带,也是南海两大季节性气旋式涡旋之一的吕宋冷涡形成区。了解吕宋岛西北海域的海洋涡旋结构,揭示该海域海洋涡旋的生成机制不仅是对南海海洋环流理论的重要补充,也是对边缘海与大洋相互作用研究的重要贡献。本文首先利用气候态的温盐资料及卫星高度计资料等,分析了吕宋岛西北海域海洋要素场的气候态特征及其季节变化情况;然后利用TOPEX/Poseidon卫星高度计资料并结合IPRC提供的平均海平面高度资料,对吕宋岛西北海域气旋式涡旋的形态结构进行了研究,并借助Okubo-Weiss函数分析了该海域的流场特性,进一步证实了吕宋岛西北海域气旋式涡旋的组成。本文还利用相关分析、功率谱分析等,研究了局地风应力和黑潮与吕宋西北海域气旋式涡旋的关系。最后利用数值试验成功地模拟了黑潮在吕宋岛西北海域诱生的气旋式涡旋。由于本文使用了高时空分辨率的资料和较高水平分辨率的数值模式,对前人有关吕宋冷涡研究中存在的争议给出了合理的解释,取得以下主要创新性成果:1)研究指出冬季传统意义下的吕宋冷涡实际上是由两个气旋式涡旋所组成的。一个气旋式涡旋位于吕宋岛的西侧（LCE1）,另一个气旋式涡旋位于吕宋岛的西北侧（LCE2）。LCE1的水平尺度约为LCE2水平尺度的两倍,但LCE2的强度要稍强于LCE1。2)研究发现位于吕宋岛西侧的气旋式涡旋（LCE1）只存在于冬季,而位于吕宋岛西北侧的气旋式涡旋（LCE2）则是全年存在。在冬季,两个气旋式涡旋有时会交融在一起,但是大部分时间（约占总样本的3/4）,两个涡旋都有各自的中心。3)利用Okubo-Weiss函数对吕宋岛西北海域的流场特性进行了分析。分析结果表明,LCE1区和LCE2区的流场均主要以气旋式旋涡形式存在,从而用Okubo-Weiss函数证明了两个气旋式涡旋的存在性。但是相比较而言,LCE2的旋涡特性要强于LCE1。4)对观测资料的分析指出LCE2的主变化周期约为60天,而吕宋海峡处的黑潮流量除了有60-70天的季节内振荡外,还有周期为100天的振荡;LCE2主要水体构成为南海水,因此可以推断它是由黑潮所诱生的南海局地的气旋式涡旋。5.研究发现吕宋岛西北海域的两个气旋式涡旋的生成机制不同:位于吕宋西部的冬季气旋式涡旋（LCE1）的形成与吕宋岛西北角的正的风应力旋度有关,而位于吕宋岛西北侧的气旋式涡旋（LCE2）则由黑潮所诱生。HYCOM模式的数值试验也证明,当数值试验中没有南海局地风强迫作用时,黑潮会在吕宋岛的西北侧诱生出一个气旋式的涡旋,该气旋式涡旋的强度会随着黑潮强度的增强（减弱）而增强（减弱）。数值试验表明,当黑潮的强度增强（减弱）原来的1/4时,相应的气旋涡的强度会变为原来的2倍（1/2倍）。总之,本论文首次指出前人所描述的冬季吕宋冷涡实际上是由两个形成机制不同的气旋式涡旋组成,一个是由冬季风绕过吕宋岛后的正的风应力旋度驱动,另一个是黑潮进入吕宋海峡后所诱生,前者对冬季吕宋冷涡的贡献是2/3,后者的贡献是1/3。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 前言
• 1.1 背景知识
• 1.1.1 南海的地理地形
• 1.1.2 影响南海的因子：风场和外部环流场
• 1.1.3 南海上层基本流场及其动力机制
• 1.2 前人研究结果
• 1.2.1 与吕宋冷涡联系紧密的相关研究
• 1.2.2 吕宋冷涡的前人研究
• 1.2.3 前人研究的不足,本文拟研究的重点内容及创新点
• 2. 吕宋岛西北海域海洋要素的气候态特征分析
• 2.1 资料介绍及处理方法
• 2.1.1 资料介绍
• 2.1.2 资料处理
• 2.2 吕宋岛西北海域海洋要素的气候态特征
• 2.3 吕宋岛西北海域的季节变化
• 2.3.1 吕宋岛地形对冬季风的影响
• 2.3.2 吕宋岛西北海域的季节变化特征
• 2.4 本章小结
• 本章附图
• 3. 吕宋岛西北海域涡旋的形态、结构及其生成机制初探
• 3.1 资料介绍及数据处理
• 3.2 吕宋岛西北海域的环流结构
• 3.2.1 涡旋的强度表征
• 3.2.2 吕宋岛西北海域的地转流及地转流涡度分布
• 3.2.3 LCE2 存在性及其季节变化情况
• 3.2.4 LCE1与LCE2的空间配置情况
• 3.3 Okubo-Weiss函数来讨论吕宋西北海域的流场特征
• 3.3.1 Okubo-Weiss 函数介绍
• 3.3.2 Okubo-Weiss函数在吕宋岛西北海域的应用
• 3.4 LCE1与LCE2的生成机制初探
• 3.4.1 LCE与风应力、黑潮的关系
• 3.4.2 LCE2与风应力、黑潮的关系
• 3.4.3 LCE1与LCE2的相关性分析
• 3.5 本章小结
• 本章附图
• 4. 黑潮诱生气旋式涡旋的模拟
• 4.1 HYCOM 模式简介
• 4.2 模式试验设计
• 4.2.1 三组试验的粗网格试验部分
• 4.2.2 三组试验的细网格试验部分
• 4.3 HYCOM 粗网络试验模拟能力评估
• 4.3.1 上层流场的模拟
• 4.3.2 温、盐场的模拟
• 4.3.3 吕宋海峡处上层海洋流场的模拟
• 4.4 吕宋岛西北侧气旋式涡的模拟结果
• 4.5 本章小结
• 本章附图
• 5. 结论和讨论
• 5.1 全文总结
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 附录 A: 海洋环流模式 HYCOM 简介
• A.1 模式特点
• A.2 HYCOM 数值模式研究现状
• A.3 控制方程,边界条件和模式网格
• A.4 HYCOM 中的湍流混合方案
• A.5 垂向混合坐标的设置
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢