台湾以东黑潮锋的数值研究

论文摘要

首先采用较强的海洋温度锋判别标准,利用研究海区的温度断面观测资料提取了温度锋信息,并参考了有关水文图集和文献,分析表明台湾以东表层温度锋不明显,而水下却终年存在较强的黑潮温度锋。然后对研究海区的海面高和三维温盐流进行了气候态数值模拟,由数值模拟结果获得的台湾以东温度锋的结果,同利用观测资料和图集分析得到的结果在趋势上是一致的,即台湾以东从次表层至350m存在较明显的黑潮温度锋。该锋随深度加深,其强度和宽度均呈先增大后减小的趋势；该温度锋的位置存在随深度加深而逐渐向东偏移的趋势；且具有季节变化,其强度和宽度夏季达到最大,冬季较弱。提取了中国海及邻近海域卫星遥感海面温度（SST）资料中的温度锋信息,如果采用强标准,则台湾以东表层温度锋不明显。为了深入研究台湾以东水下温度锋的时空多尺度变化规律及其形成变化机制,进行了海面高和三维温盐流数值再分析。再分析中采用开发的并行化混合坐标POMgcs海洋模式,发展了一种适合海洋锋面分析的全三维空间多重网格三维数据同化方法。该方法通过引入平滑惩罚项,解决了存在的“牛眼”现象,保证了同化效果的客观性；可以依次提取不同波长的信息,解决了传统三维变分数据同化仅提取特定波长信息的问题；并由于在三维空间实现了变分数据同化,克服了由于分层同化而造成的虚假分析梯度的缺点。采用同样的海洋温度锋判别标准,提取了上述海洋再分析结果中的温度锋信息。提取的台湾以东黑潮温度锋的气候态统计结果与上述结果基本一致。由最大熵谱分析得知,该温度锋除了存在显著的年周期外、还存在显著的2.1a、195d、124d、90d、59d多尺度变化周期。利用本文再分析及其温度锋信息提取结果,研究了台湾以东黑潮温度锋的形成变化机制。认为台湾以东黑潮携带着大量的高温高盐水,黑潮暖平流使台湾以东上层水温增高,加大黑潮流轴两侧水下温度的梯度。与此同时,台湾以东沿岸上升流较强,上升的冷水与黑潮高温水相汇,形成较强的水平温度梯度,因此在台湾以东近岸形成了黑潮温度锋。分别通过对该温度锋强度与黑潮流量及其与上升流流速的交谱分析表明,黑潮流量越大或上升流流速越强,该温度锋就越强。上升流和黑潮流量均在夏季最强,在两者共同作用下,使这一带的水下黑潮温度锋在夏季较强。诊断分析发现,上升流对该温度锋的贡献约为黑潮暖平流的3倍,认为上升流是该温度锋的主要形成变化机制。上升流约在200m层达到最大值,而从200m水层以上至表层的上升流逐渐减小到几乎为零,因此台湾以东表层几乎不存在明显的温度锋,但在次表层温度锋较强。研究还表明,冷涡（暖涡）,会使得台湾以东黑潮温度锋右侧水温降低（升高）,减弱（增强）锋面两侧温度梯度,从而削弱（增强）台湾以东黑潮温度锋强度,减小（加大）锋的宽度。对再分析结果中的一次锋面波动进行了研究,通过对其能量来源的诊断分析表明,正压不稳定的贡献与斜压不稳定的贡献比K-H不稳定大1-2个数量级,而斜压不稳定的贡献约为正压不稳定的5倍,因此该锋面波动基本上由斜压不稳定性提供能量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0.前言
• 1.台湾以东黑潮锋的研究现状
• 1.1 海洋锋的一般研究进展
• 1.2 台湾以东及邻近海区黑潮锋的研究进展
• 1.3 研究问题的提出和本文的主要研究内容
• 2.台湾以东黑潮锋的存在研究
• 2.1 海洋锋判别标准及提取方法
• 2.2 观测资料中的台湾以东黑潮温度锋
• 2.2.1 用卫星遥感海面温度资料未发现在台湾以东表层存在明显的温度锋
• 2.2.2 利用温盐剖面现场观测资料研究台湾以东黑潮温度锋的存在
• 2.3 台湾以东黑潮温度锋的数值模拟
• 2.3.1 海洋动力模式
• 2.3.2 数值试验配置
• 2.3.3 数值模拟结果
• 2.4 本章小结
• 3.台湾以东黑潮锋的数值再分析
• 3.1 海洋动力模式
• 3.2 海洋数据同化方法
• 3.2.1 适合海洋锋分析的数据同化方法—全三维空间多重网格三维变分数据同化方法
• 3.2.2 温盐多变量及卫星测高资料同化方法
• 3.3 海洋再分析试验
• 3.3.1 再分析过程中所同化的海洋资料
• 3.3.2 再分析结果检验
• 3.4 本章小结
• 4.基于再分析结果研究台湾以东黑潮温度锋的时空变化及其机制
• 4.1 台湾以东黑潮温度锋的空间分布情况
• 4.2 台湾以东黑潮温度锋的时间变化
• 4.3 台湾以东黑潮温度锋形成和变化机制的初步研究
• 4.3.1 黑潮流量和流轴位置变化对台湾以东黑潮温度锋的影响
• 4.3.2 上升流对台湾以东黑潮温度锋的影响
• 4.3.3 黑潮暖平流和上升流对台湾以东黑潮温度锋的影响比较
• 4.3.4 海洋涡旋对台湾以东黑潮温度锋的影响
• 4.3.5 台湾以东黑潮锋面波动及其机制探讨
• 4.4 本章小结
• 5.结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 对将来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文