本文關(guān)鍵詞：基于Argo資料的海洋內(nèi)部湍流混合數(shù)值研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：海洋內(nèi)部混合一直是物理海洋學研究的熱點和難點問題。海洋內(nèi)部混合的參數(shù)化在海洋數(shù)值模式中起至關(guān)重要作用,直接影響數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性,不準確的混合參數(shù)化方案將導致不真實的水平環(huán)流、經(jīng)向翻轉(zhuǎn)流、溫鹽分布等模擬結(jié)果。因此,發(fā)展合理可信的海洋內(nèi)部混合參數(shù)化方案能有效提升海洋數(shù)值模式的模擬及預報能力。海洋內(nèi)部的混合系數(shù)是一個隨空間變化的參量。由于現(xiàn)場觀測上的困難,目前尚無覆蓋全球海洋的、基于觀測數(shù)據(jù)的混合系數(shù)為海洋數(shù)值模式所使用。在實際應用中,主要依靠一些局部海域的觀測實驗結(jié)果以及數(shù)值模式使用者的經(jīng)驗來給出所需的混合系數(shù)。在一部分海洋模式中,利用常數(shù)來給定水平混合和垂向混合(跨等密度面混合),這種做法顯然不合理。在另一部分海洋模式中(如MOM4),混合張量被用來描述海洋內(nèi)部各個方向上混合系數(shù),中性面斜率則是其中一個重要參量。在這些海洋數(shù)值模式中,中性面斜率是利用模式輸出的模擬結(jié)果(溫、鹽場等)來計算的。由于模式本身存在誤差,由此計算的中性面斜率定會偏離實際情況。因此,有必要基于實際觀測來計算出全球海洋中性面斜率,以改進此類海洋模式的內(nèi)部混合參數(shù)化方案。還有一部分海洋模式(如混合坐標海洋模式HYCOM),通過一個常數(shù)背景混合系數(shù)結(jié)合一個混合層參數(shù)化方案(如KPP)來給定跨等密度面混合。同樣,背景混合系數(shù)也是隨空間變化的,需要根據(jù)實際觀測數(shù)據(jù)來估算,而不能簡單的使用一個常數(shù)。以往,由于全球海洋范圍內(nèi)的觀測較為稀疏、時空連續(xù)性較差,無法獲得計算全球范圍海洋內(nèi)部跨等密度面混合系數(shù)所需的系統(tǒng)性觀測信息,因此目前還沒有適合模式應用的基于觀測所估算的跨等密度面混合產(chǎn)品。Argo剖面浮標的出現(xiàn)在很大程度上彌補了這個不足,它能持續(xù)地提供全球海洋上層2000米內(nèi)溫、鹽等觀測數(shù)據(jù)。本論文將基于Argo觀測資料,給出更為真實的中性面斜率以及海洋內(nèi)部跨等密度面混合系數(shù)信息,提高海洋內(nèi)部混合參數(shù)化方案的合理性及準確度,這將有助于提升全球海洋氣候模式的模擬及預測能力。本文收集了自Argo計劃之始至2012年12月的剖面浮標觀測資料,為了確保數(shù)據(jù)的可靠性,在比較分析兩種延時質(zhì)量控制方法的基礎上,對其進行了有效的鹽度延時質(zhì)控和人工審核,并討論了溫鹽質(zhì)控中需要注意的海洋現(xiàn)象等問題,制作形成了網(wǎng)格化溫鹽壓數(shù)據(jù)集。依據(jù)“國際海水狀態(tài)方程-2010”計算了多年平均的全球大洋上層2000m標準層上的密度數(shù)據(jù)集。依據(jù)上述數(shù)據(jù),利用局地參考的等位勢密度面近似中性面,估算了全球大洋中性面的斜率,分析了其大小和分布趨勢。采用精細尺度參數(shù)化混合方案,計算了全球大洋內(nèi)部跨等密度面的混合系數(shù)AD,給出了具有空間分布特征的格點化混合系數(shù)數(shù)據(jù)集。研究發(fā)現(xiàn),全球大洋內(nèi)部跨越等密度面的混合系數(shù)介于0.05×105～2.5×10-5m2/s,呈顯著的空間變化特征,具有很強的局地性�？傮w來說,其大小與緯度和深度緊密聯(lián)系。在水平方向上,基本上隨緯度增加而增大；在垂直方向上,隨深度增加而增強。在風能輸入大的區(qū)域,例如南極繞極流區(qū),呈現(xiàn)混合系數(shù)劇增的斑塊區(qū)域。南半球的平均混合系數(shù)高于北半球。強烈西風引發(fā)的混合強化基本可達Argo浮標觀測的深度。隨后將本文所計算的跨越等密度面的混合系數(shù)應用于HYCOM海洋數(shù)值模式中,設計了兩組數(shù)值實驗：北大西洋實驗和全球?qū)嶒?考察了其對數(shù)值模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明,具有空間變化特征且更具物理意義的跨越等密度面混合系數(shù)的引入使經(jīng)向翻轉(zhuǎn)流、溫度和鹽度的數(shù)值模擬結(jié)果均產(chǎn)生了顯著的變化,特別是在赤道和高緯度海區(qū)(尤其是北大西洋高緯度海區(qū))這兩個對于全球氣候至關(guān)重要的地區(qū)對海洋內(nèi)部的混合系數(shù)十分敏感。將跨等密度面湍流混合與中性面斜率相結(jié)合,得到了適用于Z坐標模式應用的海洋內(nèi)部內(nèi)波引起的湍流混合張量,分別討論了x、y、z方向上混合分量的量級和分布特征。Kxx和Kyy具有相同的量級和相似的空間分布特征。Kzz的數(shù)值范圍為10-710-5 m2/s,量級遠遠小于Kxx和Kyy。這種具有空間變化特征的混合能有效提高z坐標海洋數(shù)值模式的物理完備性。
【關(guān)鍵詞】：Argo浮標 延時質(zhì)量控制 中性面斜率 跨越等密度面的混合 混合張量
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P731.26
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 1 概述16-29
• 1.1 引言16-17
• 1.2 海洋混合的研究背景17-26
• 1.2.1 海洋內(nèi)部混合的機制17-18
• 1.2.2 海洋內(nèi)部混合的尺度量級及估算方法18-22
• 1.2.3 海洋模式中垂向混合的參數(shù)化22-26
• 1.3 研究內(nèi)容/本文要解決的問題26-29
• 2 Argo數(shù)據(jù)處理及質(zhì)控29-56
• 2.1 Argo計劃簡介29-33
• 2.1.1 Argo計劃的由來和科學意義29-31
• 2.1.2 中國Argo計劃進展31
• 2.1.3 Argo浮標結(jié)構(gòu)和工作原理31-33
• 2.2 Argo數(shù)據(jù)的收集33-34
• 2.3 Argo數(shù)據(jù)質(zhì)量控制34-47
• 2.3.1 Argo數(shù)據(jù)誤差種類和產(chǎn)生原因35-37
• 2.3.2 兩種鹽度延時訂正方法的比較37-46
• 2.3.3 小結(jié)46-47
• 2.4 Argo資料人工審核中應該注意的海洋現(xiàn)象問題47-56
• 2.4.1 受到強流影響的浮標48-50
• 2.4.2 臺風對溫鹽關(guān)系的影響50-52
• 2.4.3 被中尺度渦捕獲的Argo浮標52-55
• 2.4.4 小結(jié)55-56
• 3 中性面斜率的計算56-72
• 3.1 基于Argo觀測得到的溫度、鹽度和壓力網(wǎng)格化數(shù)據(jù)集57-64
• 3.2 海水狀態(tài)方程及海水密度64-67
• 3.3 中性面斜率67-70
• 3.4 小結(jié)70-72
• 4 跨越等密度面混合72-88
• 4.1 沿著等密度面的混合和跨越等密度面的混合72-74
• 4.2 內(nèi)波破碎引起的跨越等密度面混合的精細尺度參數(shù)化74-85
• 4.3 小結(jié)85-88
• 5 基于Argo的跨等面度面湍流混合在HYCOM中的應用88-109
• 5.1 HYCOM模式簡介88-89
• 5.2 將基于Argo的內(nèi)波破碎引發(fā)的跨越等密度面混合應用于HYCOM模式89-90
• 5.3 實驗設置90-92
• 5.3.1 北大西洋實驗90-91
• 5.3.2 全球?qū)嶒?/span>91-92
• 5.4 結(jié)果和的分析92-106
• 5.4.1 北大西洋實驗92-101
• 5.4.2 全球?qū)嶒?/span>101-106
• 5.5 小結(jié)106-109
• 6 適用于Z坐標模式的湍流混合109-117
• 6.1 混合張量的表達式110-112
• 6.2 基于Argo觀測計算的混合張量112-115
• 6.3 小結(jié)115-117
• 7 結(jié)論117-121
• 7.1 本文的工作和研究成果117-119
• 7.2 不足與展望119-121
• 參考文獻121-131
• 致謝131-132
• 個人簡歷132-133
• 發(fā)表的學術(shù)論文133

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 Chu Peter C,李榮鳳,游小寶;等密度面P-矢量方法和南海北部環(huán)流[J];自然科學進展;2001年05期

2 張偉濤;張韌;安玉柱;王輝贊;陳建;祁翔鵬;;基于等密度面P矢量方法的太平洋三維流場估算[J];水動力學研究與進展A輯;2013年01期

3 李陽春;徐永福;趙亮;王明星;;全球海洋模式中CFC-11吸收對次網(wǎng)格尺度混合參數(shù)化的敏感性[J];海洋學報(中文版);2007年03期

4 Ｇ．Ｒ．Ｇｅｒｍａｎ,周立君;印度洋西南海脊的熱液活動[J];海洋地質(zhì)動態(tài);1999年01期

5 許建平,蘇紀蘭;黑潮水入侵南海的水文分析──Ⅱ.1994年8—9月期間的觀測結(jié)果[J];熱帶海洋;1997年02期

6 李榮鳳,游小寶,P.Chu;夏季西北太平洋等位勢密度面上的副熱帶逆流[J];科學通報;2002年05期

7 張?zhí)N斐,張占海,吳輝碇,黃嘉佑;黑潮環(huán)流的數(shù)值模擬[J];海洋學報(中文版);2003年03期

8 ;[J];;年期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 于婷;基于Argo資料的海洋內(nèi)部湍流混合數(shù)值研究[D];中國海洋大學;2015年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王曉瑋;南海和西北太平洋的跨等密度面和沿等密度面混合研究[D];中國海洋大學;2011年

2 荊釗;中尺度渦和風應力影響下的跨等密度面湍流混合低頻變異[D];中國海洋大學;2012年

  本文關(guān)鍵詞：基于Argo資料的海洋內(nèi)部湍流混合數(shù)值研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：253107