南海中部深水区上层海洋潮流和环流特征分析与模拟

论文摘要

本文首先应用南海深海盆中3个ATLAS定点浮标的长周期温度和海流资料进行分析,探讨南海中部深水区温跃层及温度短周期振动与海流潮流的变化规律特征。然后利用HYCOM模式模拟了南海环流系统的季节变化,并结合T/P高度计资料分析了南海深海盆海区环流的季节变化规律和机制。南海深水区终年存在强度在0.1℃/m左右的温度跃层,且跃层受海面净热通量和中尺度涡的影响存在季节变化。进入春季,由于温度的回升,南海中部有双跃层现象的出现。南海深水区50米-500米水深,温度存在半日潮和全日潮周期的振动,而且以全日潮周期的振动为主导,说明南海中部内潮波的存在。两种周期的振动在时空上存在一定的变化。温度跃层的核心深度基本在50米-100米之间,该深度上温度半日潮或全日潮周期的振动的时空变化与温度跃层的时空结构是一致的。南海深水区海流的主要周期是日周期,惯性周期和半日周期。惯性周期在深海盆南部站点要更加显著。海流主要是顺时针旋转的,符合地转效应特征。海流中占主要的频率信号的强弱随深度变化,说明海流存在斜压性,是EOF分解所揭示的多种垂向模态存在的反映。潮流在南海深水区海流中占很大比重,尤其是在北部站点。全日分潮振幅最大,且随深度逐渐减小。潮流椭圆随水深也发生旋转,长短轴的大小也随之变化,这与海洋的密度层结结构有关。密度层结导致了海流的斜压性,会产生能量的传播和扩散,导致内潮的产生,影响南海深水区上层海洋的混合,从而影响该海区的环流结构。三个站点平均流的流速和流向存在季节变化,尤其是在ST1和ST2站点。总体来说,三个站点的平均流的流向变化与南海海盆中环流系统相一致。南海中部深水区上层流场存在显著的季节变化。冬季,海盆北部基本呈气旋式环流。黑潮入侵流相比其他季节要强一些。海盆南部有一个中尺度的气旋式环流。夏季海盆基本为一个反气旋式环流。在南海中部深海盆,东北向流很显著,在南部海区整个为一个反气旋式环流。海盆西侧海流存在显著的西向强化现象。春季和秋季出于季风转换季节,环流较弱。从海盆中层流场分布来看,仍存在一定的季节变化。在巴士海峡西侧形成一个终年存在的反气旋式环流,它可能是由其东侧巴士海峡处的太平洋水入侵诱发产生。海盆下层流场分布基本不存在季节变化,在12 N ,113E终年存在一个气旋式涡旋。吕宋海峡断面在500 m深度以浅,全年海峡中部和南部基本为西向流,即海水从吕宋海峡流入南海。海峡北部基本为东向流,海水流出南海。500 m以深,纬向流速基本为西向流,流速较小,说明中下层海水流入南海。秋季和冬季吕宋海峡100 m以浅流量明显大于春季和夏季,但在次表层和中层,四个季节海峡处流量差距不大。海面高度距平在冬季和夏季、春季和秋季的空间变化形态相反。冬季,南海海盆SSHA较其他季节低,在吕宋岛西侧19 N ,119E和越南东侧14 N ,112E各存在一个低值中心。夏季南海深海盆SSHA与冬季形式相反,在吕宋岛西北侧21 N ,116E和越南东侧14 N ,110E各有一个高值中心。模拟得到的SSH和SSHA与上层环流结构对应。冬季南海海盆西侧向南的沿岸流在Ekman输运的作用下海水在西岸堆积,海盆西侧SSH得到全年最高。吕宋岛西侧和越南东南侧存在两个气旋式环流,对应SSH在附近海域出现低值中心,SSHA出现负的距平区。夏季在整个海盆呈现东高西低的现象,海盆南部反气旋环流对应着正的距平区。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 0.1 海温研究现状
• 0.2 海流和潮流研究现状
• 0.3 南海环流研究现状
• 1 1998-1999 年期间南海深水区上层温度和海流的基本特征
• 1.1 资料和分析方法
• 1.1.1 资料来源
• 1.1.2 分析方法简介
• 1.2 海温变化
• 1.2.1 温跃层变化
• 1.2.2 温度变化
• 1.3 南海中部深水区海流特征分析
• 1.3.1 南海中部深水区海流主要振动频率分析
• 1.3.2 潮流主要分潮的调和常数分析
• 1.3.3 海流的垂向模态分析
• 1.3.4 南海中部深水区环流的季节变化
• 1.4 本章小结
• 2 全球模拟结果分析与模拟结果的初步验证
• 2.1 海洋环流模式HYCOM（HYBRID COORDINATE OCEAN MODEL）特点
• 2.2 全球模拟模式设置及模拟结果的初步验证
• 2.2.1 模式网格及参数设置
• 2.2.2 模拟结果的初步验证及分析
• 2.3 本章小结
• 3 南海深水区环流系统季节变化
• 3.1 模式设置
• 3.2 模拟水平流场的季节变化
• 3.2.1 冬季流场
• 3.2.2 春季流场
• 3.2.3 夏季流场
• 3.2.4 秋季流场
• 3.3 模拟的海面高度场与水平流场的关系
• 3.3.1 模拟的海面高度场与T/P比较
• 3.3.2 海面高度场季节变化的空间分布与环流的关系
• 3.4 海水正压流函数
• 3.5 本章小结
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.1.1 南海实测资料分析结果
• 4.1.2 南海中部深水区环流系统变化结果
• 4.2 工作展望
• 参考文献
• 附录A:海洋环流模式 HYCOM（HYBRID COORDINATE OCEAN MODEL）简介
• 致谢