基于Argo浮标资料对北太平洋垂直模态结构特征分析研究

论文摘要

基于最新的Argo浮标温度、盐度剖面资料,本文分析了北太平洋(10°～40°N)的垂直模态结构特征,得到了海洋中真实的垂直运动模态。同时,结合Levitus98气候态资料,初步探讨了各个垂直运动模态的相对重要性,给出了海洋中不同海域不同时间所呈现的占主要地位垂直运动模态,及各个运动模态的分布情况,并着重分析了第一斜压模态和第二斜压模态的结构特征、控制区域的分布以及北太平洋西部模态水对海洋垂直模态结构的影响。选取北太平洋(10°～40°N)有效Argo浮标资料分析,得到北太平洋海盆西部的波动信号明显强于东部,验证了前人通过卫星高度计资料的分析结果。对等温线波动信号较强的浮标剖面简单分析海洋的垂直模态结构,结果认为海洋上层层化结构,使海洋的垂直模态结构偏离了正规的正弦或余弦曲线。通过对各个模态相对重要性的诊断分析,认为在北太平洋副热带的大部分地区,第一斜压模占据主要地位,这与前人通过TOPEX/Poseidon卫星高度计的海表面高度异常资料所揭示的海表面波动特征相一致;而在黑潮延伸体南部的回流区域,则主要体现第二斜压模占优的特性,得出该现象与模态水的形成及分布有关。利用北太平洋(10°～40°N)2004年逐月所有的Argo浮标剖面观测资料分析海洋的垂直模态结构及各个垂直模态的相对重要性,结果显示在整个研究区域,第一斜压模态的运动都占有着非常重要的作用,而受第二斜压模态控制的区域主要集中在黑潮延伸体南部的回流区附近,为了进一步验证第二斜压模与模态水的关系,分析了2004年北太平洋西部模态水主要生成区,发现黑潮南部的回流区正好对应了该年模态水的主要生成区,很好地验证了第二斜压模态与模态水的潜沉过程有着密切的关系,也再一次证明了只分析波动信号强的浮标剖面所得到的结果。同时,分析结果还发现,尽管第二斜压模控制着西部模态水的主要生成区,但是该控制区域的范围会随着时间的变化而增大或缩小;此外,在部分地区,尤其是中、高纬度海域,正压模态的优势也比较明显。利用2004～2006年逐月所有的Argo浮标剖面资料着重分析了北太平洋西部模态水主要生成区(140°～155°E,30°～35°N)的海洋垂直模态结构以及在该区域显著占优的垂直模态结构随时间的变化。结果显示该区域主要受第二斜压模控制,再一次验证了之前的研究结果,且随时间的变化,受第二斜压模控制区域的范围也有所变化;但是,始终集中在模态水生成区的中心区域。然而在模态水主要生成区的边界附近,正压模态的优势比较明显,且在其他部分海区还出现了第一斜压模占优的情况,可见,尽管都在模态水的主要生成区内,也并非各点都受第二斜压模态控制,这可能与模态水的强弱,厚度、水体的性质等有关,对此还需要进一步的验证及分析。本文工作的创新点:将Argo浮标这一高质量、高精度、大范围的温度、盐度剖面资料运用到对海洋垂直运动特征的分析中来,开辟了研究海洋垂直运动特征的新途径,并且从实测资料上形象地再现了海洋的垂直运动形态。同时与Levitus气候态资料的结合,分析各个运动模态的相对重要性,凸现了海洋中不同海域不同时刻所呈现的占主导地位的垂直运动模态,给出了各个垂直模态的分布情况,并着重探讨了第一斜压模与第二斜压模的时空分布特征,从实测资料上佐证了现有理论知识,同时提出了新的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 海洋运动垂直模态结构的意义
• 0.2 海洋垂直模态的运动特征
• 0.3 已有研究成果
• 0.4 本文的研究内容和意义
• 0.5 附图
• 1 Argo 计划及 Argo 浮标简介
• 1.1 Argo 计划
• 1.2 Argo 浮标简介
• 1.3 Argo 浮标观测资料
• 1.4 文中所用资料及资料处理
• 1.4.1 资料概述
• 1.4.2 资料处理
• 2 海洋垂直模态结构的分解及各模态相对重要性的计算
• 2.1 海洋垂直模态结构特征的分解方法
• 2.2 各个垂直模态相对重要性的计算
• 2.3 附图
• 3 北太平洋垂直模态结构特征分析
• 3.1 第一斜压模态和第二斜压模态结构特征分析
• 3.1.1 第一斜压模态结构特征分析
• 3.1.2 第二斜压模态结构特征分析
• 3.1.3 小结
• 3.2 第一斜压模态和第二斜压模态控制区域的分布
• 3.2.1 第一斜压模态主要控制区域的分布
• 3.2.2 第二斜压模态主要控制区域的分布
• 3.2.3 小结
• 3.3 模态水对海洋垂直模态结构的影响
• 3.4 附图
• 4 结论与展望
• 参考文献
• 致谢