东中国海环流与混合的研究

论文摘要

海洋环流与混合是海洋中普遍存在的现象。它们不仅在整个海洋动力研究中占有举足轻重的地位,而且对海洋环境与资源的开发和保护,推动其它相关学科的深入研究也有重要的作用。本文通过现场观测和数值模式相结合的方法对东中国海环流与混合进行研究,所做的工作及取得的结论主要有如下几个方面。首先,基于POM模式,建立了一个三维斜压同化模式来模拟东中国海的海流场和温度场。我们利用大洋模式OCCAM的计算结果作为开边界条件,从而提高了开边界上流场和温盐场的匹配程度,解决了以往模拟中黑潮延伸到31oN左右这一与观测不符的问题。同时,改进了温度遥感资料Nudging同化技术,从而在一定程度上克服了热通量资料的误差对温度模拟的影响。模拟的结果能较好的反映东中国海海流场和温度场的基本特征。松弛因子中的待定参数α0对计算稳定性和模拟精度有很大影响,当待定参数α0等于0.5时,同化模式的计算结果最优。此外,同化模式的计算精度随季节而异,其由高到低的季节依次为秋季、夏季、冬季、春季。其次,利用高分辨率的湍流剖面仪（TurboMAP-II）对东海陆架坡折海区进行了首次微结构混合观测,并在此基础上讨论了该海区湍流和双扩散混合的情况。通过计算水团Turner角可知,在上混合层里,海水是双扩散稳定的情况;在温跃层里,海水呈现盐指的情况。临近海区Argo浮标的观测结果也证实了上述的结论。计算的湍动能耗散率在表层和底层较大,前者是因为风向海水的能量输入,后者是因为正压潮与地形相互作用激发的内潮所致。在150m以上水层海水的混合率较大,在50m以上水层混合率的最大值可达到7.9×10-3 m2 s-1,而温跃层里混合率较小。沿断面平均的耗散率和混合率分别为8.0×10-8 W ? kg?1和2.3×10-3m2s-1。东海陆架坡折区的平均混合率要高于封闭子午向热盐环流所需要的平均混合率10-4m2s-1。根据所测温度资料的特点,提出了一种计算湍热耗散率χθ的方案,计算得到的温度耗散率谱与Betchlor经验谱符合较好。计算的χθ的范围在1×10-10℃2s-1～1×10-5℃2s-1之间,全场平均值为3.48×10-7℃2s-1。上混合层里的湍热

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 东中国海的地形和气候特征
• 1.2 东中国海环流的观测成果
• 1.2.1 黑潮
• 1.2.2 黄海环流
• 1.2.3 长江冲淡水
• 1.2.4 台湾暖流
• 1.2.5 对马暖流
• 1.2.6 主要上升流的分布及原因
• 1.3 渤海、黄海、东海环流数值模拟研究现状
• 1.4 海洋混合的研究现状
• 1.4.1 湍流混合
• 1.4.2 内潮和风对湍流混合的贡献
• 1.4.3 由盐指引起的混合
• 1.4.4 东中国海混合的研究现状
• 1.5 本文所要解决的科学问题和主要工作
• 2 关于混合的基本理论及次网格混合参数化模型
• 2.1 湍流混合的基本理论
• 2.1.1 层结海洋的湍动能方程
• 2.1.2 湍动能耗散率的计算和Nasmyth 普适速度谱
• 2.1.3 湍热控制方程
• 2.1.4 Batchelor 温度谱
• 2.2 由盐指引起的混合
• 2.3 湍流与盐指共存时的情况
• 2.4 混合过程的次网格参数化
• 3 东中国海海流场和温度场的数值同化研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 数值模式介绍
• 3.2.1 POM 模式特点
• 3.2.2 笛卡尔坐标系下海水的运动方程
• 3.2.3 σ坐标变换
• 3.2.4 σ坐标系下海水的运动方程
• 3.2.5 σ坐标系下方程的边界条件
• 3.3 模式设置和计算流程
• 3.3.1 模式基本设置
• 3.3.2 计算流程
• 3.3.3 同化方法
• 3.4 模拟的渤、黄、东海海流场
• 2 分潮同潮图'>3.4.1 模拟的M₂分潮同潮图
• 3.4.2 计算海区的能量变化
• 3.4.3 黑潮流系
• 3.4.4 渤黄东海陆架流系
• 3.4.5 利用OCCAM 模式资料做为开边界条件的优点
• 3.5 五组温度同化实验的比较
• 3.6 同化后夏季和冬季的渤、黄、东海温度场
• 3.7 小结
• 3.8 附图
• 4 东海陆架坡折区混合观测研究
• 4.1 研究背景
• 4.2 数据来源及处理方法
• 4.2.1 现场实验和观测仪器简介
• 4.2.2 湍动能耗散率和跨等密度面混合系数的计算方法
• 4.2.3 温度耗散率和温度扩散系数的计算
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 海洋双扩散现象分析
• 4.3.2 与Argo 浮标资料的比较
• 4.3.3 湍动能耗散率和跨等密度面混合率
• 4.3.4 位温脉动方差耗散率和温度扩散系数
• 4.3.5 考虑湍流混合与盐指共存的情况
• 4.4 小结
• 5 潮汐和风对东中国海混合的影响
• 5.1 研究背景
• 5.2 模式设置
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 冬季混合的空间分布
• 5.3.2 夏季混合的空间分布
• 5.3.3 各层平均的混合系数随时间的变化
• 5.4 小结
• 6 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