黑潮通過呂宋海峽在臺灣西南部海域入侵南海，因其攜帶西太平洋水進入南海且最大流速可達1m/s以上，對南海北部溫鹽結(jié)構(gòu)、環(huán)流、渦旋等有重大影響。因此黑潮入侵南海一直是南海研究的關(guān)鍵問題。由于航次觀測空間和時間上都不能保證連續(xù)性，而數(shù)值模式結(jié)果又無法得到充分驗證以保證其準(zhǔn)確性，因此黑潮通過何種途徑（黑潮南海分支、黑潮流套和黑潮跨越呂宋海峽）入侵南海一直存在爭議。如何建立一個客觀的指標(biāo)來判斷和區(qū)分黑潮何時以何種流徑入侵南海是認識和解決黑潮入侵問題的關(guān)鍵之所在，也是理論上解釋黑潮入侵南海動力機制的基礎(chǔ)。臺灣西南部海域是中尺度渦高發(fā)區(qū)，雖然前人對冬季從黑潮中脫離出來的反氣旋渦有一定認識，但對其他季節(jié)渦旋產(chǎn)生特征、運動規(guī)律、產(chǎn)生的具體機制尚不清楚，是否與黑潮流徑變化有關(guān)需要進一步證明。此外，黑潮入侵南海的年代際變化以及臺灣西南部海域中尺度渦產(chǎn)生概率的年代際變化為何也尚不清楚。本文綜合利用歷史上和近年來在呂宋海峽海域的航次觀測資料、Argo浮標(biāo)資料、衛(wèi)星觀測資料和數(shù)值模式結(jié)果，系統(tǒng)地研究了臺灣西南部海域的流-渦結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律。揭示了黑潮入侵南海流徑的變化規(guī)律；提出了黑潮流徑變化是臺灣西南部中尺度渦產(chǎn)生主要機制的觀點；證實了在過去20年中黑潮入侵南海有逐漸減弱和臺灣西南部中尺度渦產(chǎn)生概率有逐漸減小的變化趨勢。本文取得的主要創(chuàng)新成果如下： (1)黑潮主要通過巴林塘海峽向東北方向進入南海，有三種主要流徑：黑潮南海分支、黑潮流套和黑潮跨越呂宋海峽并不入侵南海。利用海面高度計資料，首次建立了黑潮入侵南海三種流徑的判定指標(biāo)，并把三種流徑分別命名為Leaking流徑、Looping流徑和Leaping流徑，即3L模型。Leaking流徑特征為黑潮在經(jīng)過呂宋海峽時有一分支進入南海，溫鹽資料分析得出該分支向西可越過120°E最遠時甚至可達112°E，在緯向上最遠向南可越過18°N；Looping流徑特征為黑潮通過巴林塘海峽后向西進入南海，然后大部分黑潮水在臺灣島南部折回，在臺灣西南部形成黑潮流套，還有少部分黑潮水進入南海內(nèi)部；Leaping流徑特征為黑潮通過巴林塘海峽后向西進入南海，基本不越過120°E然后折回，這種情況下通過呂宋海峽的黑潮通量最小，甚至有南海水流向西太平洋。三種流徑可以由一種流徑在幾個周內(nèi)就向另一種轉(zhuǎn)變。由于衛(wèi)星資料只能反映表面流特征，把該指標(biāo)應(yīng)用到HYCOM模式輸出結(jié)果，可反映表層及以下三種流徑流場特征。利用模式結(jié)果對三種流徑產(chǎn)生的動力機制做了初步分析。 (2)利用衛(wèi)星海面高度計資料和W參數(shù)法判定臺灣西南部海域中尺度渦，統(tǒng)計分析了臺灣西南部海域從1992年10月到2009年10月間中尺度的產(chǎn)生、運動規(guī)律。該海域冬季主要為反氣旋渦，這與以前關(guān)于冬季反氣旋渦容易從黑潮流套中脫離出來的觀點基本一致。與前人觀點不同的是夏季臺灣西南部主要被氣旋渦占據(jù)，而過去17年中總的氣旋渦個數(shù)是反氣旋渦個數(shù)的1.5倍，這為我們首次發(fā)現(xiàn)。平均而言，該區(qū)域產(chǎn)生的反氣旋渦比氣旋渦要強，具有更大的渦動能，能攜帶更多的能量。冬季產(chǎn)生的反氣旋渦產(chǎn)生后一直沿南海北部陸坡邊緣向西運動，最遠的可越過東沙群島，而夏季產(chǎn)生的氣旋渦產(chǎn)生后不容易向西運動，個別向西運動的也沒有越過東沙群島。渦旋在運動過程中不斷與背景流和周圍渦旋相互作用，增加了渦旋運動規(guī)律的復(fù)雜性。 (3)由于地形效應(yīng)，冬季臺灣西南部海域存在強負風(fēng)應(yīng)力旋度，因此前人認為負的風(fēng)應(yīng)力旋度是冬季反氣旋渦產(chǎn)生的主要機制。然而夏季臺灣西南部沒有較強的正的風(fēng)應(yīng)力旋度，卻被氣旋渦所占據(jù)。通過分析得到風(fēng)應(yīng)力旋度與中尺度渦產(chǎn)生的相關(guān)性很低，而背景流渦度變化與中尺度渦產(chǎn)生的相關(guān)性較高。在分析冬夏季黑潮流徑變化和中尺度渦產(chǎn)生的關(guān)系后，我們提出臺灣西南部黑潮流徑變化導(dǎo)致渦旋產(chǎn)生的概念模型：冬季，黑潮以Looping流徑為主，反氣旋渦容易從黑潮流套中產(chǎn)生，在黑潮流套的周圍容易誘生氣旋渦，反氣旋渦是從黑潮中脫離出來的，因此可獲得較大動能。由于冬季南海北部背景流主要為氣旋式環(huán)流，反氣旋渦產(chǎn)生后更容易向西傳播。夏季，黑潮以Leaping流徑為主，在呂宋島北部存在一支從南海流出并加入黑潮的流，在該流和黑潮主軸的左側(cè)容易誘生氣旋式渦旋，這是夏季臺灣西南部容易產(chǎn)生氣旋渦的主要機制。在我們提出的背景流致渦旋產(chǎn)生的概念模型中，我們強調(diào)背景流的作用是渦旋產(chǎn)生的主要機制，風(fēng)的作用是次要的，然而風(fēng)應(yīng)力旋度可改變背景流，并且季風(fēng)對黑潮流徑的變化也是至關(guān)重要的，所以除了風(fēng)的直接作用外，季風(fēng)對渦旋產(chǎn)生的間接作用也是不可忽視的。 (4)利用搜集的過去20年中的WOD溫鹽資料、Argo浮標(biāo)資料和航次觀測資料，通過判斷次表層水最大鹽度值和中層水最小鹽度值得出在過去20年中黑潮水入侵南海有逐漸減弱的趨勢，衛(wèi)星高度計資料和ROMS數(shù)值模式結(jié)果也都證實了此觀點。與此對應(yīng)，臺灣西南部年平均的黑潮Leaping路徑出現(xiàn)概率有增大的趨勢，而中尺度渦出現(xiàn)的概率有逐漸減小的趨勢。過去20年中呂宋海峽兩側(cè)海面高度差也有逐漸減小的趨勢，是導(dǎo)致黑潮入侵南海的減弱的主要原因。根據(jù)上面提出的流致渦旋產(chǎn)生的概念模型，黑潮入侵南海減弱會導(dǎo)致臺灣西南部背景流強度變?nèi)酰瑥亩谐叨葴u產(chǎn)生的概率也會減小。 總之，本文綜合利用呂宋海峽海域目前可獲得的各種資料，系統(tǒng)地討論了臺灣西南部海域流-渦結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律，首次給出了判定黑潮入侵南海不同流徑的客觀指標(biāo)，統(tǒng)計分析了臺灣西南部中尺度渦產(chǎn)生及變化規(guī)律，提出了黑潮流徑變化是臺灣西南部中尺度渦產(chǎn)生主要機制的觀點，發(fā)現(xiàn)臺灣西南部黑潮入侵南海和中尺度渦產(chǎn)生有年代際變化趨勢。以上工作會極大有助于以后深入研究黑潮入侵南海變化及其動力學(xué)機制、南海中尺度渦產(chǎn)生動力學(xué)機制、渦流相互作用理論、渦渦相互作用理論、西邊界流理論等。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：P731.27
【部分圖文】：

1 前言南海是西太平洋最大的半封閉的邊緣海，面積約 3.5×106km2，約等于我國的渤海、黃海和東�？偯娣e的 3 倍。南海平均水深約 1200 m，最大水深可達 5500m。南海分別通過呂宋海峽、臺灣海峽、民都洛海峽和巴拉巴克海峽、卡里馬塔海峽與太平洋、東中國海、蘇祿海、爪哇海相連（圖 1-1a）。在與外界聯(lián)通的五個海峽中，臺灣海峽、卡里馬塔海峽和巴拉巴克海峽較淺（水深不超過 100 m），南海的表層水可通過這三個海峽與外海交換；民都洛海峽水深可達 400 m，南海表層水和次表層水可通過，并與蘇祿海進行水交換；呂宋海峽平均水深約 1400 m，最大水深可達 2500 m，且寬度可達 360 km，是南海水與外海水交換的主要通道（圖 1-1b）。

3圖 1-2 呂宋海峽附近(a) 200 m、(b) 500 m、(c) 1000 m 和(d)1500 m 以淺地形；(e)和(f)為呂宋海峽附近 2000 m 以淺三維地形1.1 研究背景及研究意義由于航次觀測空間和時間上都不能保證連續(xù)性，而數(shù)值模式結(jié)果又無法得到充分驗證以保證其準(zhǔn)確性，因此黑潮通過何種途徑入侵南海一直存在爭議（黑潮南海分支、黑潮流套和黑潮跨越呂宋海峽并不入侵南海）。Caruso et al.（2006）利用衛(wèi)星資料指出黑潮入侵南海存在不同流徑，且不同流徑隨時間變化而變化。數(shù)值模式結(jié)果(Sheremet, 2001；Xue et al., 2004；Wu and Chiang, 2007；Sheuet al.，2010)和實驗室實驗結(jié)果(Sheremet and Kuehl, 2007； Kuehl and

3 黑潮入侵南海不同流徑示意圖。引自 Caruso et.al（在大量中尺度渦，臺灣西南部和越南東部海域是渦動能最大的兩個區(qū)域（Hwang and Chen, 2000；et al.，2003；程旭華等，2005；林鵬飛等，200 al.，2011；Nan et al.，2011c）。中尺度渦有著海洋中的溫鹽結(jié)構(gòu)以及流速分布，而且能輸送。渦旋的發(fā)生、發(fā)展和維持需要大量的能量輸入程。中尺度渦可以傳輸熱能和動能并可以和平均流傳輸（Yim et al.，2010）。關(guān)于臺灣西南部黑潮流套中分離出來的反氣旋渦（Li et al.，191），并對其產(chǎn)生機制做了初步探討（Jia and Liu，該海區(qū)還存在氣旋渦。Yuan et al. (2006) 指

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 倪欽彪;呂宋海峽附近中尺度渦的統(tǒng)計特征和復(fù)合三維結(jié)構(gòu)[D];廈門大學(xué);2014年

本文編號：2819518