棉兰老潜流时空变化特征的初步分析

论文摘要

赤道西太平洋,由于多个海流和水团在此汇集,被称为水团十字路口。太平洋低纬度西边界环流系统结构复杂,不仅在上层汇聚着如南北赤道流(NEC,SEC)、棉兰老流(MC)、黑潮等表层流,更是有着存在于跃层之下的与上层环流流向相反的次表层潜流,其中包括赤道潜流(EUC)、吕宋潜流(LUC),棉兰老潜流(MUC),新几内亚沿岸潜流(NGCUC)和北赤道潜流(NEUC)等。棉兰老潜流位于南向的棉兰老流之下,在棉兰老岛近岸向北运动,是连接新几内亚潜流和北赤道潜流的关键海流,也是南半球表层以下海水跨越赤道后向北继续输运的重要载体。目前,对棉兰老潜流的结构和形成变化机理的认识较为薄弱。深入认识棉兰老海流,对阐明热带太平洋西边界环流三维动力结构、变化机制和其对质量热量的输运都有着重要的科学意义。本文使用ARGO资料、WOA01资料、SODA同化资料与OFES模式资料,通过等密面坐标变换、断面分析,温盐分析、EOF分解,并辅之以HYCOM模拟和敏感性实验,对棉兰老潜流的时间和空间分布特征进行了初步分析,得到结论如下:(1)NGCUC通过哈马黑拉涡(HE)深层西北向扩展的涡旋作用而转向北,形成MUC。MUC垂向位于26.5~27.5位密层之间。通过不同分辨率模式的模拟和比较,认为MUC的路径辨识与数据分辨率有关,低分辨率资料如SODA中MUC为贴岸的直接北向流动,并分两支向东转向汇入NEUC。高分辨率结果则显示MUC是通过涡旋接力而成的蛇形北向流动。本质上MUC是由多个涡旋相互作用而形成。(2)在平均状态下MUC在8°N大致可以看做拥有两个流核。在年平均状态下,近岸核心相对比较明显,其一般位于127°N以西,中心位于约1000m深度,携带的水团主要为AAIW;而远岸核心一般位于128°E以东,携带水团为SPTW下层水与NPIW的混合水,通常较近岸流核弱。远岸流核在某些月份与海洋上层的棉兰老涡旋(ME)分支相连。在实际中,两个流核可能合二为一。(3)借鉴MUC的水团属性,对前人计算流量的方法进行了改进,制定了MUC的位势密度和盐度限制条件来求取更为精确的MUC流量。基于新方法OFES资料平均流量为15.65Sv,SODA资料为17.95Sv,HYCOM模拟为7.55Sv。(4)基于地转流理论与涡度方程,推断出MUC等西边界潜流的产生与局地海水辐合辐散导致的垂向运动有关。强西边界流与垂向上升流或下降流改变了西边界的跃层结构,而跃层梯度与上层反向流动共同影响着潜流的产生与强度。就MUC而言,上层MC强便加剧了沿岸的下降流过程,因此跃层深度纬向梯度变大,MUC则越强。MUC春强(4月)秋冬弱的季节性变化规律与MC类似,便可使用该理论来解释。而从年际变化上来看,MUC与MC流量也存在着较强的正相关,二者流量主要变化周期均为7.79年。EOF分析的前两个主模态显示MUC受到温跃层梯度与MC强度的影响。(5)使用HYCOM模式对热带西北太平洋海域进行了较高分辨率的气候态模拟,输出结果总体上模拟出了MUC的双核结构和涡旋式北上路径,模式输出的MUC也具有春强秋弱的变化特征。(6)通过设计改变MC流量的敏感性实验,验证了MUC对上层环流与斜压性强弱的响应。结果证实,MC强时,棉兰老东部海域斜压性加强,则位密下限放宽的MUC流量增大,其增强主体为北向流动的深层水,反之亦然;而MC的强弱反作用于次表层附近的SPTW下层水输运,这是由于MC的流动幅度扩展造成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 潜流的研究概述
• 0.1.1 赤道潜流
• 0.1.2 西边界潜流
• 0.2 菲律宾附近海域概述
• 0.2.1 地理概述
• 0.2.2 流场概述
• 0.2.3 水团概述
• 0.3 棉兰老潜流的研究进展
• 0.4 论文的研究内容
• 1 所用数据和方法介绍
• 1.1 数据介绍
• 1.1.1 WOA01 数据介绍
• 1.1.2 Argo 资料介绍
• 1.1.3 SODA 资料介绍
• 1.1.4 OFES 数据介绍
• 1.2 数据处理方法介绍
• 1.2.1 位势温度与位势密度计算方法
• 1.2.2 地转流的计算方法
• 2. 基于实测资料对 MUC 的分析
• 2.1 数据的预处理
• 2.2 温盐数据分析
• 2.3 地转流场分析
• 2.4 本章小结与讨论
• 3. MUC 的空间特征
• 3.1 基于等密度面的水平运动特征
• 3.2 MUC 特征断面分析
• 3.3 MUC 的形成机制
• 3.4 本章小结与讨论
• 4. MUC 的体积输运及其时间变化
• 4.1 MUC 体积输运计算方法
• 4.2 MUC 的气候态流量
• 4.3 MUC 流量的季节性变化
• 4.4 MUC 流量的年际变化
• 4.5 本章小结与讨论
• 5. MUC 的数值模拟和敏感性实验
• 5.1 HYCOM 简介
• 5.1.1 HYCOM 的垂向混合坐标
• 5.1.2 控制方程
• 5.2 控制实验
• 5.2.1 控制实验设置
• 5.2.2 气候态模拟结果的验证
• 5.2.3 控制实验结果分析
• 5.3 基于MC 流量变化的敏感性实验
• 5.3.1 实验设计
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 本章小结与讨论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在的不足与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文