西北太平洋近惯性振荡特征的研究

论文摘要

内重力波是海洋中普遍存在的现象,发生在海洋中的层结水体中。其频率在f<σ<N的范围内,其中f是局地科氏频率,N是浮力频率。根据内重力波的特征和形成原因,在海洋中被分为内潮、近惯性波和孤立波等。西北太平洋作为近惯性振荡的高发区域,科研意义十分重要。然而,由于缺乏观测资料,目前人们对近惯性波的传播机制,其受到背景环境的影响仍然了解很少。本文应用在西北太平洋的潜标数据以及在南海北部的着陆器数据,结合ARGO的温盐数据、卫星的海表高度计数据以及台风的气象数据,对单台风影响下的近惯性振荡信号、多台风影响的近惯性振荡信号,以及对非台风影响的近惯性振荡信号进行分析。解释了西北太平洋以及南海海域的近惯性振荡的信号特征。通过对西北太平洋三次单台风影响的近惯性振荡现象的特征进行了分析,我们发现:三次近惯性振荡的垂向群速度比前人的研究结果小,同时近惯性流具有高垂向波数的特征。经过理论推导发现,高垂向波数对应小的垂向群速度,这解释了为什么此处垂向群速度比较小。三个近惯性振荡信号发生红移现象,同时红移出现在EOF第一第二模态,第三和第四模态的分解结果却呈现出蓝移的特征。通过与非台风期间的近惯性振荡信号EOF分解结果进行对比,发现台风在此处可以激发EOF前两模态的近惯性振荡信号,三四模态的近惯性振荡信号是在台风期间增强的局地近惯性信号。对此区域六次台风影响下的近惯性振荡信号分析,发现在台风未激发近惯性振荡时,近惯性振荡生成于台风最接近潜标日期的两天之后。但是当近惯性振荡已经生成,新的台风可以在距离最近日期之前增强近惯性振荡。对比于单次台风的效应,该海域在受到多台风影响之后能量可以下传到更深的位置。对着陆器流场进行分析,发现南海具有强烈的半日分潮和全日分潮信号。此处的近惯性信号比潮汐信号小一个量级,但是存在一支传到600米水深以下的蓝移强近惯性振荡信号。该信号强度与潮信号同量级,持续时间从11月3日至16日。谱分析发现垂向流速呈现出五个不同的流核,最强流核发生在600米至650米位置。近惯性能量下传速度为67±5 m d-1,从600米下传到1000米的位置能量耗散18%。EOF分解结果显示,这次近惯性振荡信号开始是第一模态占主导,随后不稳定变成高阶模态。结合台风信息我们发现此次近惯性振荡信号的生成原因不是受到台风引起。卫星的海表高度异常显示此时的正涡度有利于此次近惯性振荡发生蓝移。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 海洋中的近惯性振荡现象
•   1.2 海洋对热带气旋的响应
•   1.3 近惯性振荡的生成、发展及耗散过程
•   1.4 近惯性的研究意义
•   1.5 本研究主要解决的问题
• 第二章 数据介绍、方法介绍和近惯性振荡的理论推导
•   2.1 数据介绍
•     2.1.1 AVISO卫星数据
•     2.1.2 台风数据介绍
•     2.1.3 南海着陆器数据介绍
•     2.1.4 潜标观测数据介绍
•     2.1.5 温度/盐度剖面浮标
•   2.2 方法介绍
•     2.2.1 谱密度估计
•     2.2.2 带通滤波
•     2.2.3 经验正交函数分析
•     2.2.4 旋转谱分析
•   2.3 近惯性振荡的理论推导
•     2.3.1 近惯性振荡的垂直模态
•     2.3.2 近惯性振荡能量传播的群速度
•     2.3.3 近惯性振荡垂向群速度与水体层化的关系
•     2.3.4 近惯性振荡的频移现象
• 第三章 台风影响下的西北太平洋的近惯性振荡特征
•   3.1 单台风影响的近惯性振荡
•     3.1.1 台风基本情况
•     3.1.2 三次台风期间的流场特征
•     3.1.3 近惯性振荡信号分析
•     3.1.4 结果讨论
•   3.2 多次台风引起的近惯性振荡
•     3.2.1 近惯性振荡期间的流场特征
•     3.2.2 六次台风的基本信息
•     3.2.3 近惯性流特征
•   3.3 本章小结
• 第四章 非台风影响的近惯性振荡特征分析
•   4.1 着陆器期间的海底水文要素分析水体特征
•     4.1.1 海底的温盐数据
•     4.1.2 背景流数据
•     4.1.3 背景环境下的浮力频率
•   4.2 流场的振动特征
•     4.2.1 顺时针和逆时针的功率谱密度
•     4.2.2 各个频率内波的振动特征
•   4.3 11月份强近惯性振荡的特征分析
•     4.3.1 强近惯性振荡期间背景流特征
•     4.3.2 近惯性流场特征分析
•     4.3.3 近惯性振荡的垂向模态
•     4.3.4 秋季强近惯性振荡信号的生成原因与位置
•     4.3.5 近惯性振荡蓝移原因分析
•   4.4 内潮与近惯性振荡的非线性相互作用
•     4.4.1 非线性波波相互作用理论基础
•     4.4.2 波动的垂向剪切
•     4.4.3 fM2 次级波动的垂向结构
•   4.5 本章小结
•     4.5.1 600米以下内波与近惯性信号的相互作用
•     4.5.2 南海11 月份近惯性振荡特征
• 第五章 结论与展望
•   5.1 研究工作总结
•   5.2 今后的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 已发表文章

文章来源

类型: 博士论文

作者: 侯华千

导师: 于非

关键词: 西北太平洋,近惯性振荡,潜标,着陆器

来源: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

分类号: P731.2

总页数: 137

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