本文關鍵詞：南海北部中尺度渦的數(shù)值模擬及個例預報研究

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【摘要】：南海由于受季風、黑潮以及復雜地形條件的綜合影響,中尺度渦過程十分活躍。包括呂宋海峽、臺灣西南、東沙群島、西沙群島和中沙群島周邊在內的南海北部海域是南海中尺度渦的主要生成、傳播及消亡區(qū),同時也是水平渦動混合的強烈區(qū)。針對該海域,以往的研究所采用的數(shù)值模式分辨率多為1/10?或1/12?,不能較好地分辨呂宋海峽內的主要島嶼分布,也無法準確模擬海峽南部流場;同時缺乏對模式水平混合參數(shù)化方案的敏感性試驗以及模式對南海北部中尺度渦個例預報的定量評估。因此,本文基于改進的南海1/30?分辨率海洋模式系統(tǒng),從數(shù)據(jù)同化、水平混合參數(shù)化方案以及個例預報幾個方面對南海北部的中尺度渦展開了系統(tǒng)地模擬研究。首先,本文將南海1/30?高分辨率海洋模式系統(tǒng)模擬的氣候態(tài)海表面高度異常場、氣候態(tài)表層流場、以及中尺度渦強盛時期的SST場分別與實際觀測結果進行了對比,驗證了模式本身具備對南海中尺度渦的模擬能力。鑒于模式模擬的部分中尺度渦與實際觀測到的中尺度渦在時空上較難保持同步,所以我們使用集合最優(yōu)插值(EnOI)同化方法同化了AVISO海表面高度異常沿軌觀測數(shù)據(jù)(TSLA),成功地將實際觀測的中尺度渦信號引入到模式當中。通過為期兩年的持續(xù)同化后報實驗,模式再現(xiàn)了2013年冬季生成于臺灣西南海域的一對冷渦和暖渦過程。對其結構分析發(fā)現(xiàn):1)該冷、暖渦的流速結構存在不對稱性,暖渦和冷渦相鄰的一側流場強度明顯偏強,對應較強的水平流速切變;2)對于成熟時期的冷渦和暖渦,其三維流速結構的軸心在垂向上存在傾斜。這些特征與相同時期南海中尺度渦觀測實驗的結果比較接近。說明只同化TSLA觀測數(shù)據(jù),模式不僅能夠很好地再現(xiàn)中尺度渦的生消演變過程,而且對其三維流速和溫鹽結構特征也具有一定的模擬能力。此外,通過模式結果的分析還發(fā)現(xiàn)該暖渦是由黑潮入侵南海的流套脫離形成,而冷渦是由于臺灣海峽附近離岸輸運增強和暖渦邊緣較強的氣旋式流速切變共同作用的結果。其次,本文又分別采用ROMS中不同的水平混合參數(shù)化方案對中尺度渦進行了模擬。通過對敏感性實驗結果的分析發(fā)現(xiàn):1)同一種水平黏性方案沿等位勢面和等S面對中尺度渦生成、傳播以及消亡的影響較小,而Laplacian型與Biharmonic型水平混合方案對中尺度渦模擬的影響具有顯著差異;2)Biharmonic型水平混合方案更有利于臺灣西南海域暖渦的生成,其原因是呂宋海峽北部反氣旋式流速切變增強導致的;3)Biharmonic型水平混合方案下的暖渦移動速度大于Laplacian型水平混合方案,暖渦整體移動路徑偏向水深較淺的西北一側;而不同水平混合方案對于冷渦傳播的影響相對較小。4)Biharmonic型水平混合方案改善了模式對于中尺度渦消亡過程的模擬效果,使得向西傳播的暖渦個例在西沙群島周邊消亡,冷渦個例在中沙群島周邊消亡,消亡形式和消亡速度與實際觀測更為接近。5)通過對中尺度渦活躍區(qū)域的各混合項量級的分析認為:Laplacian型水平混合方案對水平混合的模擬偏大是導致其中尺度渦能量衰減緩慢以及消亡過程延長的原因。最后,基于同化后的初始場對模式預報中尺度渦的生成和傳播能力進行了定量地評估。中尺度渦生成實驗的結果顯示:模式能夠從一定程度上預報中尺度渦的生成和發(fā)展,但是對暖渦強度的預報明顯強于觀測結果。中尺度渦傳播實驗的結果顯示:模式對南海東北部的中尺度渦傳播的預報能力與中尺度渦的強度有關,具體是模式對較強的暖渦傳播的預報能力可達20天左右,對較弱的暖渦傳播的預報能力僅為幾天。此外,通過對比不同指標發(fā)現(xiàn):距平相關系數(shù)比均方根誤差更適合檢驗模式對中尺度渦的預報能力。
【學位授予單位】：國家海洋環(huán)境預報中心
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P731.3

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本文編號：1305227