發(fā)布時間：2020-05-07 02:08

【摘要】： 南海是西北太平洋最大的邊緣海,蘊(yùn)涵著豐富的能量以及各種各樣的海洋動力過程,局地風(fēng)場和潮流產(chǎn)生的內(nèi)波破碎一般會導(dǎo)致強(qiáng)混合。近岸海洋混合是研究水團(tuán)物理特征、近岸環(huán)流、營養(yǎng)鹽通量、近岸環(huán)境污染物分布的重要物理過程。南海陸架坡提供了一個很好的實驗平臺用于研究風(fēng)致混合及各種決定陸架坡混合變化的動力過程。雖然風(fēng)致內(nèi)波、風(fēng)致混合對海洋內(nèi)部能量、物質(zhì)輸運(yùn)等方面的重要作用得到了人們的認(rèn)可,但是受限于目前的觀測手段,很難得到連續(xù)的混合觀測資料,特別是在極端天氣狀況下的集成觀測數(shù)據(jù),使得強(qiáng)風(fēng)場向海洋內(nèi)部輸運(yùn)能量、產(chǎn)生強(qiáng)混合的過程仍沒有得到很深入的研究。 在本論文中,我們主要解決的問題包括如下兩個大的方面:(1)根據(jù)在南海陸架坡得到的連續(xù)小尺度觀測資料、流場資料等,分析強(qiáng)風(fēng)暴天氣情況下海洋的響應(yīng),包括海洋混合的變化過程、海洋內(nèi)波的能量傳播等,目的在于研究風(fēng)致混合隨著時間、空間的演變過程以及產(chǎn)生機(jī)制。(2)為了在各種天氣情況下進(jìn)行長時間、連續(xù)混合觀測,本論文利用一種新的觀測儀器提出在慣性-對流子域內(nèi)計算混合參數(shù)的新方法。 2005年8月在南海陸架坡處19o37' N, 112o04' E進(jìn)行了一次集成海洋混合觀測,包括錨系A(chǔ)DCP(Acoustic Doppler Current Profiler)流場資料、由小尺度垂向剖面儀TurboMap II觀測得到的湍動能耗散率ε剖面以及由溫鹽鏈得到的溫鹽資料。這是第一次在南海通過直接觀測獲取的高分辨率ε分布結(jié)果,并且這次觀測是在一次風(fēng)暴天氣過程中進(jìn)行的。通過觀測發(fā)現(xiàn),在混合層內(nèi)風(fēng)前、風(fēng)后的平均湍動能耗散率分別為1. 5×10?6Wkg ?1和2. 0×10?6Wkg ?1,并沒有發(fā)生明顯變化,但是平均混合層由風(fēng)前的12m增加到了風(fēng)后的22m,即經(jīng)過風(fēng)暴之后強(qiáng)混合層厚度大約增加了10m,而且強(qiáng)混合經(jīng)過風(fēng)暴后可以穿透到60m或者更深的水層內(nèi)。風(fēng)暴過境期間激發(fā)了近慣性內(nèi)波,能持續(xù)1.5個慣性周期或者更長的時間。通過旋轉(zhuǎn)譜分析發(fā)現(xiàn)近慣性頻率內(nèi)波能量具有下傳的趨勢,通過垂向模態(tài)分解得出高模態(tài)近慣性內(nèi)波更有效地生成剪切不穩(wěn)定,是海洋內(nèi)部強(qiáng)混合的能量來源。 為了能更好地研究各種極端天氣情況下海洋的響應(yīng),特別是小尺度混合過程的長期變化規(guī)律,如何能獲取連續(xù)的長期觀測資料是最大的瓶頸,文中介紹了一種新的混合觀測儀器χpod,用于實現(xiàn)混合資料的長期連續(xù)觀測。利用2005年在赤道太平洋錨系系統(tǒng)TAO上得到的高分辨率、長期觀測資料,在慣性-對流子域內(nèi)通過溫度梯度譜的尺度分析估算了熱耗散率和湍動能耗散率。得到的結(jié)果與通過高波數(shù)范圍內(nèi)的溫度梯度譜尺度分析得到的混合參數(shù)結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在這兩種波數(shù)范圍內(nèi)計算的數(shù)值在90%置信區(qū)間內(nèi)吻合得比較好,相差在5倍以內(nèi)。我們建議具有2Hz的采樣頻率的溫度觀測資料就可以估算出合理的熱耗散率及相關(guān)的其他混合參數(shù),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于120Hz采樣頻率,因此大大降低了長時間觀測對于數(shù)據(jù)存儲的要求。
【圖文】：

量從低垂向波數(shù)的雙倍慣性頻段的運(yùn)動傳輸?shù)礁叽瓜虿〝?shù)的近慣性頻段運(yùn)動，這個過程產(chǎn)生的高垂向波數(shù)近慣性流場的強(qiáng)剪切是控制湍流混合過程的一個關(guān)鍵因素（圖1-1）。從上個世紀(jì)60年代開始，由于地形作用產(chǎn)生的內(nèi)波首先受到了研究學(xué)者的重視，Rattray（1960）基于簡單的內(nèi)波兩層控制方程，分別給出了正壓潮作用在階梯狀海底地形、斜坡海底地形上激發(fā)出來的內(nèi)波解析解。Baines（1973；1974）研究了在階梯狀海底地形和余弦狀海底地形下正壓潮向內(nèi)潮能量的轉(zhuǎn)化率，并證明了由內(nèi)潮引起的剪切不穩(wěn)定及混合最容易出現(xiàn)在邊界及臨界點(diǎn)處(海底坡度等于內(nèi)潮的群速度的點(diǎn))。Bell (1975a，b)，Hibiya（1986）和St. Laurent and Garrett（2002）建立和發(fā)展了亞臨界狀態(tài)海底地形（海底坡度小于內(nèi)潮的群速度方向）

帶來了大約 3°C 的變化；下圖顯示了風(fēng)暴過境期間的某段時刻混合層深度地急劇變化過程。http://opd.apl.washington.edu/~dasaro/DENNIS/Overview.jpg特別是在強(qiáng)風(fēng)天氣條件下，，如圖1-2所示，海氣作用尤為明顯，大量的能量由風(fēng)場傳向海洋，海洋溫度、層結(jié)、混合強(qiáng)度等物理特征都會產(chǎn)生明顯的響應(yīng)（D’Asaro 2003）。周磊等（2005）把在南海持續(xù)觀測近3個月、共28層的潛標(biāo)海流資料與已有的6小時分辨率的NCEP／NCAR風(fēng)場資料結(jié)合起來進(jìn)行了分析，結(jié)果表明風(fēng)場在一個連續(xù)的寬頻帶范圍內(nèi)向海洋上混合層輸送能量；而風(fēng)的低頻異常變化對流場的低頻異常變化的作用則是輸送能量的“最有效”途徑。但這些能量
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：P731.2

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 韓林生;南海西北陸坡區(qū)不同尺度運(yùn)動特征分析[D];中國海洋大學(xué);2011年

本文編號：2652254