渤海、黄海和东海的海面高度和流动对冬季天气尺度风的响应

论文摘要

陆架海的海面高度和流动对天气尺度风的响应主要表现为陆架波的形式。研究陆架波对加深理解陆架海的物理过程有着重要的科学意义,同时对提高沿岸的海面高度和流动的预报准确性有很大的应用价值。渤海、黄海和东海（渤黄东海）的陆架波特征非常显著,但是陆架波在整个渤黄东海的传播特征和动力机制仍不清楚。本文结合现场观测和数值模式MITgcm研究了渤黄东海的海面高度和流动对冬季天气尺度风的响应。数值模拟的冬季平均的温度、盐度、海面高度和流场与前人的研究有很好的一致性,模拟流速的时间序列能比较好地反映观测流速的天气尺度变化规律。整个渤黄东海的海面高度和流动对冬季天气尺度风的响应表现出很强的2-5天周期的变化特征:海面高度与流动主要呈地转平衡关系,它们的变化特征可以很好地由复数经验正交函数分解得到的两个陆架波来解释。第一个陆架波解释76%的海面高度总方差和约28%的流动总方差,主导着整个渤黄东海的海面高度和渤海和黄海（渤黄海）的流动变化。它是冬季强北风爆发而激发的一个自由开尔文波,波动绕着位于济州岛东南部的一个波节点在整个渤黄东海气旋式传播。第二个陆架波解释17%的海面高度总方差和约46%的流动总方差。波动对整个渤黄东海的海面高度变化起着次要作用,但是对东海西部的流动变化起着主导作用。它是一个风强迫的、最低阶的地形波,波动绕着位于东海东北部和黄海中央的两个波节点在渤黄海气旋式传播;在东海西部沿岸向南传播,在东海陆架的北部和南部形成两个波节点。离波节点越远,波长变得越长、振幅的指数衰减尺度变得越大。陆架波在东海和渤黄海呈显著不同的传播特征和物理机制。在岸线长直的东海西部,陆架波的波长很长、振幅的指数衰减尺度很小。波动引起的地转流的方向基本垂直于波动的同相位线,流速的大小与波动的振幅成正比,与振幅的指数衰减尺度成反比。在半封闭的渤黄海,由于波动的叠加效应,陆架波的波长较短、振幅的指数衰减尺度很大。波动引起的地转流的方向基本沿着波动的同相位线,流速的大小与波动的振幅和波数成正比。波长和振幅的指数衰减尺度的空间变化是陆架波呈显著的区域性特征的主要原因。动量平衡的分析表明,主轴方向的流动与次轴方向的压强梯度呈地转平衡关系。陆架波的产生和传播在东海和渤黄海呈不同的动力机制。在东海西部沿岸区域,流动加速度是由压强梯度、风应力和底摩擦共同驱动的,摩擦作用很重要。在半封闭的渤黄海,流动加速度主要是由压强梯度驱动的,摩擦作用不重要。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 CTWs的国外研究现状
•     1.2.2 渤黄东海的冬季风生环流研究现状
•     1.2.3 渤黄东海的CTWs的研究现状
•   1.3 本文的主要工作和要解决的关键科学问题
•     1.3.1 关键科学问题
•     1.3.2 主要工作内容
•   1.4 论文结构安排
• 2 现场观测
•   2.1 潮流
•   2.2 低频余流
• 3 渤黄东海的MITgcm模型
•   3.1 模式的控制方程
•   3.2 控制方程的空间离散
•     3.2.1 符号记法
•     3.2.2 差分网格
•     3.2.3 空间差分格式
•   3.3 模式设置
•     3.3.1 模拟区域和地形网格
•     3.3.2 初始条件
•     3.3.3 开边界条件
•     3.3.4 海表面边界条件
•     3.3.5 模式的运算
•   3.4 模型验证
•     3.4.1 冬季平均态的验证
•     3.4.2 与观测流速时间序列的比对
• 4 海面高度和流动对冬季天气尺度风的响应
•   4.1 海面高度和流动总体的变化特征
•   4.2 海面高度的CEOF分解
•     4.2.1 CEOF方法的原理
•     4.2.2 CEOF得到的两个主导的CTWs
•     4.2.3 海面高度的CEOF分解的物理描述
•     4.2.4 重构
•   4.3 两个CTWs引起的流动及物理解释
•     4.3.1 流动的VEOF分解
•     4.3.2 海面高度和流动之间的关系
•     4.3.3 两个CTWs引起的地转流及物理解释
•   4.4 风应力的变化特征及与两个CTWs的关系
•     4.4.1 风应力的VEOF分解
•     4.4.2 两个CTWs与两个风应力模态的关系
•   4.5 本章讨论与小结
•     4.5.1 海面高度和流动的关系
•     4.5.2 渤黄东海两个主导的CTWs
•     4.5.3 CTWs在东海和渤黄海的区域性特征
• 5 动力机制分析
•   5.1 动量方程
•   5.2 各项的标准差
•   5.3 各项的时间序列
•   5.4 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 主要创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 作者简介及博士期间科研成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李志远

导师: 黄大吉,孙志林

关键词: 陆架波,渤黄东海,地转平衡,复数经验正交函数,波节点,自由波和风强迫波

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 浙江大学

分类号: P731.2

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000226

总页数: 153

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