波浪往往被認為是時空尺度較小的現(xiàn)象。但是，由于波浪在時空上的持續(xù)性和普遍性，又會對較大尺度現(xiàn)象造成影響。本文研究了波浪的大尺度效應即波浪科氏-斯托克斯力（CSF）在上層海洋輸送中的影響，尤其關注大洋涌浪在平均方向和波浪誘導的Stokes輸運中的作用。從對波動中尺度較大的涌浪傳播特征和耗散機制的研究中總結(jié)規(guī)律，并分析了海浪WW3模式在大洋涌浪模擬方面的性能。 涌浪對波浪誘導的Stokes輸運有重要影響，特別對局地波浪的平均方向有所制約。全球Ekman輸運主要呈帶狀分布，赤道海區(qū)兩側(cè)的信風帶上Ekman輸運的量值較大，可以的達到3m~2s以上；Ekman輸運N-S分量Ty,E與整體量值分布一致，而W-E分量Tx,E受經(jīng)向風作用呈帶狀傾斜。全球Stokes輸運也主要為帶狀分布，尤其是兩半球西風帶的波浪輸運量很大。而經(jīng)向上的輸運Ty,S，總的來看也基本呈現(xiàn)帶狀，但在大洋東側(cè)卻明顯更強，體現(xiàn)了涌浪的作用。全球Stokes輸運占Ekman輸運的量值最大可達50%，太平洋和大西洋27.5N，30N和32.5N緯線的積分Ekman輸運和Stokes輸運有夏秋季強（向北）、冬春季弱（向南）的季節(jié)變化趨勢，波浪輸運不同海區(qū)不同季節(jié)有正貢獻或負貢獻。波浪Stokes經(jīng)向輸運沿27.5N，30N和32.5N的緯線積分值與Sverdrup關系估計的西邊界流流量呈相似的季節(jié)變化，夏秋和冬春季相反；波浪導致的經(jīng)向輸運量值約為整體大洋輸運的5到10%，在10月至4月為正貢獻，5月至9月為負貢獻。與SODA估計的黑潮流量相比，波浪作用可以達到5%。通過浪致表面應力來闡述波浪作用，發(fā)現(xiàn)波浪抽吸速度在中高緯海區(qū)較強，量值可達5cm/day，是波浪作用產(chǎn)生的源區(qū)。而風應力抽吸在副熱帶最強。各個大洋東西側(cè)的波浪抽吸有局地的特征。 波浪中尺度較大的涌浪在西風帶產(chǎn)生的源區(qū)可以近似為圓形和點源，長波以風暴生成區(qū)為中心以近似扇形散開，沿大圓傳播。涌浪各分量以群速傳播能量，周期越長的分量傳播越快；涌浪平均周期可以較好的保留涌浪傳播的信息。在橫向上可以基本保持同樣的擴散速度，但距離點源越遠相關性越低。在海盆靠近陸地的區(qū)域由于地形變化，波浪發(fā)生折繞射較強，破壞了波峰線的連續(xù)性。在局地風較強的區(qū)域，涌浪依然會發(fā)生與局地風和波浪的相互作用。涌浪在傳播過程中會發(fā)生能量的衰減，空間耗散率約為-4~5×10~(-7)m~(-1)。在離點源距離較近的6000km以內(nèi)，風暴強度差異引起能量較離散；6000-12000km之間，涌浪的能量差異減�。划斁帱c源距離大于12000km，能量又有所增加。不同周期的分量耗散率范圍沒有明顯的差別，初始波陡越大，耗散率越大。涌浪能量耗散主要由于其與海氣邊界層湍應力相互作用和與混合層湍流作用引起耗散。波陡和反波齡是衡量耗散強度的主要參數(shù)。反波齡隨波陡增加而增大，隨周期增大，反波齡降低至-1~1，隨著離點源距離增加反波齡增大。波陡δ=0.01處為一較明顯的分界線，當δ 0.01時，反波齡在-1~1，正負相當，風速和波速方向同向和反向同樣明顯，且風速總小于波速；當δ0.01，普遍傾向于反波齡γ0，即風向與波向同向較多，且在周期較短的分量上依然有γ1，風速大于或接近波速，涌浪依然受局地風的影響。 WW3的ACC350配置包含了有關涌浪耗散的物理現(xiàn)象的源函數(shù)項，模式對太平洋整體有效波高模擬較好，但約8米以上的波高模擬的有偏大趨勢。4月的誤差相對較大，12月誤差最��；模式在中低緯帶誤差偏大較為明顯。模式可以較好的進行大洋風浪的模擬，精確度較高。對涌浪的模擬波高偏大，整體來講周期和波向的模擬比波高的精度高；模式對周期模擬的誤差主要來自對涌浪周期的模擬誤差，整體稍偏大。ACC350配置模式采用的基于涌浪耗散的物理模型可以部分改進BAJ模型涌浪波高模擬誤差，尤其是在大洋中部較明顯。模式的模擬能力需要依賴大量數(shù)據(jù)和對物理模型的認識進一步改進。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：P731.2
【部分圖文】：

圖 2-1 浮標二維海浪譜（箭頭為風向，風速14.7m/s）際大洋中很難定義某時某地的海浪狀態(tài)嚴格屬于風浪或涌浪，以，有必要了解波浪的成熟程度。鑒于開闊大洋中風區(qū)基本無高只依賴于風速和風時。一般情況下，我們討論已經(jīng)基本充分風獲得能量的風浪形成的涌浪。根據(jù)第三代海浪模式 WAM 對義，有效波高sH 可以通過下式計算(Chen et al, 2002)，其中U2 2s 10 102 2 4 3s 10 10 101.614 10 (0 7.5m/s)10 8.134 10 (7.5< 50m/s)H U UH U U U = ×= + ×定義( )ss,re s,th s,th/Hr H H HΔ= 代表涌浪影響的程度，其中實際有效波高，s,thH代表由上式計算的理論風浪充分成長后可波高。當再分析有效波高大于理論波高時，代表肯定有涌浪存

充分成長后不能從局地風獲得能量，從而成為涌浪；其二是在以南北緯30°為中心的緯帶和三大洋赤道中東側(cè)海區(qū)存在的明顯的大值區(qū)，這主要是由于這些區(qū)域局地的風較弱，來自兩半球西風帶的涌浪傳播經(jīng)過副熱帶時成為海況的主導，匯聚到赤道中東側(cè)海域時依然保留了一定的能量（波高）并導致這些海域成為“涌浪池”，海況也常年以涌浪占優(yōu)。由于南半球大洋開闊，這種狀況在30 S 更加明顯。與此同時，涌浪作用不甚明顯的區(qū)域也分為兩類：其一是兩半球信風帶海域，由于東風較強，且方向較為均一、變化不劇烈，控制了局地風浪的成長，涌浪并不占優(yōu)，而以相對較強的風浪為主；其二是整個南大洋海域，涌浪的作用也不明顯，這是由于南大洋常年風速很強，雖然受擾動的向東傳播的風暴影響風向不斷變化，可以暫時表現(xiàn)出涌浪的優(yōu)勢（伴隨sHrΔ的小值區(qū)零星出現(xiàn)的大值點），但由于南大洋沒有連通的陸地阻隔，整個海域形成了循環(huán)的風區(qū)，不限制風浪的發(fā)展，較強的風浪很快發(fā)生破碎和能量耗散，并重新生成，所以以風浪占優(yōu)。

用k 代替λ 也是合理的�？梢姡捎诳剖闲募尤�，波質(zhì)點產(chǎn)生了橫向運動速度，使運動軌道面發(fā)生傾斜（圖2-3）。新產(chǎn)生的速度分量 v 與垂向速度 w 位相相同，當進行波動平均時，會產(chǎn)生浪致雷諾應力 vw 項，括號代表波動平均。此時，浪致雷諾應力的散度為一個體作用力，2 2kzsvw fa k e fuzσ = ≡ ，其中2 2kzsu =a kσ e為深水單頻波 Stokes 漂流的表達式。即便波向不是沿 x 方向，考慮存在的夾角，可以將這個波致作用力寫成矢量表達式的形式，s f × u，即為科氏斯托克斯力 CSF。

【參考文獻】

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本文編號：2834436