本文選題：能量級串 + 中尺度渦��； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)》2016年博士論文

【摘要】：海洋觀測表明,海洋中90%的動(dòng)能以遍布大洋的中尺度渦形式存在,這些水平尺度從幾十公里到幾百公里不等的渦旋普遍存在于絕大部分海域。而中尺度渦的產(chǎn)生過程和平衡過程仍是值得探討的問題。衛(wèi)星高度觀測到的反向動(dòng)能級串級串為理解中尺度渦的發(fā)展平衡過程提供了一個(gè)新的視角。本文使用多種數(shù)據(jù)集對反向動(dòng)能級串的全球分布特征,隨深度的變化特征和各項(xiàng)異性特征進(jìn)行了研究,以期對反向動(dòng)能級串及其在渦平衡過程中的作用有一個(gè)更深刻的認(rèn)識。論文主要結(jié)果如下:一、利用衛(wèi)星高度計(jì)海平面高度數(shù)據(jù),結(jié)合渦分辨率的模式輸出數(shù)據(jù)和再分析數(shù)據(jù),討論了反向動(dòng)能級串的全球分布特征,特別是反向動(dòng)能級串的振幅,能量注入尺度和反向傳遞的動(dòng)能開始捕捉的尺度。發(fā)現(xiàn)在赤道外地區(qū),反向動(dòng)能級串是普遍存在的,其主要分布100-500km的尺度帶上,其振幅和特征尺度表現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異性。二、通過將局地線性斜壓理論的預(yù)測結(jié)果以及觀測到的中尺度渦場特征與反向動(dòng)能級串的特征尺度進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)反向傳遞的渦動(dòng)能主要來源于斜壓不穩(wěn)定過程釋放的有效位能,而非線性的反向動(dòng)能級串將該渦動(dòng)能向更大尺度傳遞,對渦動(dòng)能重新進(jìn)行分配,并最終達(dá)到一個(gè)統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定狀態(tài)。即反向動(dòng)能級串是架起線性理論預(yù)測的渦特征尺度和實(shí)際觀測到的渦特征尺度之間“gap”的橋梁。三、通過診斷反向動(dòng)能級串隨深度的變化特征和各向異性特征,探究反向傳遞的動(dòng)能的匯。初步結(jié)果表明,在高渦動(dòng)能的東向強(qiáng)流系,一部分反向傳遞的動(dòng)能向下傳遞。與此同時(shí),一部分反向傳遞的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為緯向平均流的動(dòng)能。然而兩種能匯各自的貢獻(xiàn)仍有待于進(jìn)步研究。四、使用反向動(dòng)能級串研究的相關(guān)方法,探究了黑潮延伸體區(qū)域中尺度渦場的年代際變化特征和產(chǎn)生機(jī)制。結(jié)果表明,斜壓不穩(wěn)定不是黑潮延伸體中尺度渦場年代際振蕩的控制機(jī)制,正壓不穩(wěn)定對中尺度渦場的年代際振蕩有積極的貢獻(xiàn)。而非線性反向動(dòng)能級串在決定黑潮延伸體中尺度渦場的空間特征方面起了決定性作用。
[Abstract]:Ocean observations show that 90% of the kinetic energy in the ocean exists in the form of mesoscale vortices in the ocean. However, the generation process and equilibrium process of mesoscale vortices are still worth discussing. The reverse kinetic energy levels observed at satellite altitude provide a new perspective for understanding the equilibrium process of mesoscale vortices. In this paper, the global distribution characteristics of reverse kinetic energy order series, the variation characteristics with depth and the heterogeneity of the reverse kinetic energy order are studied by using various data sets, in order to have a deeper understanding of the reverse kinetic energy level and its role in the vortex equilibrium process. The main results are as follows: first, using satellite altimeter sea level height data, combined with vortex resolution model output data and reanalysis data, the global distribution characteristics of reverse kinetic energy level series, especially the amplitude of reverse kinetic energy level series, are discussed. The scale at which the energy injection scale and the kinetic energy transferred in reverse begin to capture. It is found that the reverse kinetic energy cascade is ubiquitous in the region beyond the equator, and the amplitude and characteristic scale show significant regional differences. Secondly, by comparing the predicted results of the local linear baroclinic theory and the observed mesoscale vortex field with the characteristic scale of the reverse kinetic energy cascade, It is found that the vortex kinetic energy is mainly derived from the effective potential energy released by the baroclinic instability process, while the nonlinear reverse kinetic energy cascade transfers the vortex kinetic energy to a larger scale and redistributes the vortex kinetic energy. And finally reach a statistical stable state. That is, the reverse kinetic energy cascade is a bridge between the characteristic scale of vorticity predicted by linear theory and the characteristic scale of vorticity observed in practice. Thirdly, by diagnosing the variation and anisotropy characteristics of reverse kinetic energy cascade with depth, the paper probes into the kinetic energy sink of reverse transfer. The preliminary results show that in the eastward strong current system of high vorticity kinetic energy, part of the reverse transfer kinetic energy is transmitted downward. At the same time, some of the kinetic energy transferred in the opposite direction is converted into the kinetic energy of the zonal mean flow. However, the contribution of the two energy sinks remains to be studied. Fourthly, the characteristics and mechanism of Interdecadal variation of mesoscale vortex field in the Kuroshio extension region are studied by using the method of reverse kinetic energy order series. The results show that baroclinic instability is not the control mechanism of Interdecadal oscillation of mesoscale vortex field in Kuroshio extensional body, and barotropic instability contributes positively to the Interdecadal oscillation of mesoscale vortex field. The nonlinear reverse kinetic energy cascade plays a decisive role in determining the spatial characteristics of mesoscale vortex field in the Kuroshio extensional body.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P731.2

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本文編號：1915248