南海西北部陆架海域内孤立波特征及机理研究

论文摘要

关于南海北部内孤立波的研究,现在是一个国际性研究热点,以往对南海北部海域的内孤立波的研究大都集中于南海东北部,即东沙-吕宋海峡海域。对于南海西北部文昌海域的内波现场调查研究几乎是空白。2005年4-10月中科院海洋所对南海西北部陆架海域进行了现场内波观测,获得了到目前为止国内连续观测时间最长、高分辨率、高质量的温度及流场数据。本文使用此次观测所获得的海流和温度资料,主要针对观测海域内孤立波特征及机理进行分析研究,取得了若干有重要科学意义的成果,主要为:该海域是内孤立波多发地区,其中从2005年4月中旬到6月孤立波频繁出现且振幅较大,而6月中旬到9月中旬,内孤立波的发生频率明显下降,振幅也相对较小;内孤立波的极性也表现出明显的季节性变化特征。研究发现内孤立波的季节性变化特征是与跃层的深浅和强弱密切相关的。在2005年9月期间观测到了一系列的大振幅内孤立波,其中在同一测站的不同天内分别发现上凸型和下凹型内孤立波。研究表明这些内孤立波极有可能是由陆架坡折处的内潮因非线性和频散效应而局地产生的。这是首次通过现场观测确认南海西北部存在上凸型并且其为局地生成的内孤立波。进一步分析发现在2005年8月21-23日,观测到了第二模态的内孤立波,这些内孤立波是与第二模态的内潮同步发生的,在连续两天内几乎相同的时刻分别观测到第二模态的内孤立波说明这些孤立波是潮致的。在2005年4月22-28日发现长时间的强海流现象,强海流现象发生在当地的天文潮小潮期间,沿岸方向的流速明显大于垂直于岸方向的流速,通过分析表明强海流是由当地的内潮流引起的。根据观测的温、流数据分析了内波场对台风的响应过程及内波谱特征,发现台风对观测站位的温度场和流场结构均有显著的影响。这些在南海西北部的新发现和新认识对推动内孤立波的产生机制和应用技术的研究具有重要的学术价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 海洋内波
• 1.2 海洋内波的研究意义
• 1.3 海洋中内孤立波的研究现状
• 1.3.1 海洋内孤立波的生成
• 1.3.2 世界海洋中的内孤立波
• 1.3.3 南海内孤立波的特征及其分布
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 文昌实验现场观测方案及潮汐、潮流特征分析
• 2.1 现场观测方案
• 2.2 观测站位正压潮分析
• 2.2.1 调和常数分析
• 2.2.2 正压海流分析
• 2.2.3 功率谱及旋转谱分析
• 2.3 内潮特征分析
• 2.3.1 文昌海域内潮振动情况
• 2.3.2 内潮与天文潮比较
• 2.3.3 斜压流调和分析
• 2.3.4 斜压流旋转谱分析
• 2.3.5 高自由度的内波功率谱分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 文昌海域内孤立波统计特征
• 3.1 基于遥感观测的南海北部内孤立波季节性变化研究
• 3.2 文昌海域内孤立波统计特征
• 3.2.1 内孤立波发生频率
• 3.2.2 内孤立波振幅的季节性变化特征
• 3.2.3 内孤立波极性特征的逐月变化
• 3.2.4 内孤立波的持续时间
• 3.2.5 内孤立波的持续时间和振幅的关系
• 3.3 讨论和结论
• 3.3.1 温度梯度变化
• 3.3.2 内孤立波与内潮及天文潮的比较
• 3.3.3 内孤立波发生季节性变化的可能机制
• 第四章 南海西北部的第一模态上凸型和第二模态内孤立波
• 4.1 上凸型内孤立波
• 4.1.1 南海北部上凸型内孤立波研究现状
• 4.1.2 动力学理论背景
• 4.1.3 同一天内出现的上凸型和下凹型内孤立波
• 4.1.4 不同天出现的上凸型和下凹型内孤立波
• 4.2 第二模态内孤立波
• 4.3 本章小结
• 第五章 4 月底的强流现象
• 5.1 研究背景
• 5.2 观测站温盐密分析
• 5.3 实测平均流速分析
• 5.4 4 月下旬流速及温跃层分布
• 5.5 强海流机理分析
• 5.6 讨论及结论
• 第六章 文昌海域内孤立波的机理和源区
• 6.1 研究背景
• 6.2 内孤立波特征
• 6.2.1 下凹型内孤立波
• 6.2.2 上凸型内孤立波
• 6.3 内孤立波机理分析
• 6.4 内孤立波源区
• 6.4.1 南海潮汐
• 6.4.2 内孤立波及内潮特征
• 6.4.3 内潮与潮流的关系
• 6.5 本章小结
• 第七章 台风达维期间现场观测分析
• 7.1 台风达维期间的温度、梯度及内波流场
• 7.2 台风达维期间的流速剖面
• 7.3 台风达维期间的内波谱分布
• 7.4 小结
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢