吕宋海峡通量及南海混合研究

论文摘要

南海是西北太平洋最大的边缘海,蕴涵着丰富的海洋动力过程,吕宋海峡是连接南海和太平洋的唯一深水通道。所以关于南海和吕宋海峡的研究一直是国际海洋学家们关注的重点,而发生在南海内的湍流混合、吕宋海峡水体通量及吕宋海峡内潮能通量更是重点之中的焦点。本文在前人的研究基础上,利用夏季和秋季现场直接观测的LADCP流速资料、CTD温盐深资料和TurboMAP与VMP微结构资料,对吕宋海峡水体通量、吕宋海峡内潮能通量及南海湍流混合三个问题分别进行了研究分析。通过本文的分析发现,吕宋海峡上层和中层的流场从夏季到秋季发生了较大的变化,尤其在中层两个季节的流场形态几乎相反:在夏季,东向流存在于海峡的南部,西向流存在于海峡的北部;而在秋季,西向流存在于海峡的南部,东向流存在于海峡的北部。海峡深层的流场形态从夏季到秋季变化比较小。吕宋海峡水体通量的计算结果表明:在秋季,通量在垂向上呈现一个三明治结构,即太平洋水经过吕宋海峡的上层和深层进入南海,而南海水经过海峡中层返回太平洋。在夏季,南海水经过吕宋海峡的上层和中层进入太平洋,而太平洋水经过海峡深层进入南海,使得通量在垂向上呈现一个两层结构。在夏季,水体通量是东向的,大小约为5.4 Sv,在秋季,水体通量是西向的,大小约为6 Sv。由地转流计算得到的水体通量结构与上面所述结果相似。通过对吕宋海峡内潮能通量的计算和分析,表明吕宋海峡是内潮生成的一个高发区,并伴有大量的内潮能通量向南海传播。在夏季,吕宋海峡共有6.0 GW内潮能通量生成,其中大部分（5.6 GW）向南海内传播,只有很小一部分（0.4 GW）向太平洋方向传播。在向南海传播的能量中,全日潮和半日潮的贡献相当。在秋季,吕宋海峡共生成7.5 GW内潮能通量,其中4.9 GW传入南海,2.6 GW传向太平洋。两个季节变化较大的是全日潮向太平洋传播的能量,它由夏季的0.3 GW变为秋季的2.3 GW。通过模态分解,发现能量主要集中在前几个模态,而在高模态,含能大小几乎为零。第一模态含能最为显著,这说明正压潮与海底显著的地形相互作用生成内潮,而高模态的内潮在生成地附近被耗散掉,因此低模态,尤其是第一模态,集中地包含了大部分能量。本文对南海北部、吕宋海峡和太平洋的湍流混合情况进行了研究,并从不同角度对结果进行了验证,包括与微结构直接观测结果的比较。结果表明湍流混合在南海1000米以深的范围显著增强,占据的水体厚度约为2000米,其大小平均约为10-3 m2 s-1,是大洋背景场混合率量级的100倍,在这么厚的水体内存在这么强的混合还是至今第一次发现。在太平洋海域,混合明显减弱,混合率的平均值减小到大洋背景场的量级。在南海与太平洋之间的过渡区域,混合强度介于两者之间。这很明显地说明了混合强度与海底地形具有较直接的关系。另外,通过能量平衡及热量平衡这两个不同的角度,我们对南海海盆内1500米以深的混合情况作了估算,得到的结果与模型结果吻合较好。同时,在部分站位,我们比较了由TurboMAP或VMP获得的微结构直接观测结果与模型计算得到的结果,表明两者之间的偏差较小。这些都很好地说明了本文中模型计算结果的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 南海与吕宋海峡的地理概况
• 1.2 吕宋海峡水体通量
• 1.2.1 吕宋海峡水体通量的研究意义
• 1.2.2 吕宋海峡水体通量的研究现状
• 1.3 吕宋海峡内潮能通量
• 1.3.1 吕宋海峡内潮能通量的研究意义
• 1.3.2 吕宋海峡内潮能通量的研究现状
• 1.4 南海混合
• 1.4.1 南海混合的研究意义
• 1.4.2 南海混合的研究现状
• 1.5 本文所要解决的科学问题和主要工作
• 第二章 海上实验
• 2.1 实验海域介绍
• 2.2 观测仪器介绍
• 2.2.1 CTD 介绍
• 2.2.2 LADCP 介绍
• 2.2.3 TurboMAP 介绍
• 第三章 吕宋海峡水体通量
• 3.1 数据处理
• 3.1.1 LADCP 数据处理
• 3.1.2 CTD 数据处理
• 3.1.3 地转流计算
• 3.2 吕宋海峡内的流场
• 3.2.1 准定常流的提取
• 3.2.2 准定常流场
• 3.2.3 地转流场
• 3.3 吕宋海峡水体通量
• 3.3.1 准定常流的水体通量
• 3.3.2 地转流的水体通量
• 3.4 小结
• 第四章 吕宋海峡内潮能通量
• 4.1 内潮能通量的计算方法
• 4.2 脉动压强
• 4.3 内潮能通量
• 4.4 模态分解
• 4.5 小结
• 第五章 南海混合
• 5.1 研究断面及其水文特点
• 5.2 湍流混合参数化模型介绍
• 5.3 混合率的计算过程
• 5.3.1 剪切相关量的计算
• 5.3.2 拉伸相关量的计算
• 5.4 结果分析
• 5.5 模型结果与其它方法的比较
• 5.5.1 从能量角度比较
• 5.5.2 从热量角度比较
• 5.5.3 与直接观测结果的比较
• 5.6 小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 本文主要创新点
• 6.3 对今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文