中国近海海洋锋的数值模拟研究

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海洋锋是水文要素特性不同的两个水团之间的狭窄过渡带。海洋锋在海洋渔业、环境保护、海洋军事等方面都有很重要的应用意义,已经成为近年来物理海洋学以及海洋交叉学科中的重要课题之一。中国近海由于众多环流、水团和涡旋在此交汇,海洋锋现象十分显著。尽管近几十年来,前人利用现场观测、卫星遥感、理论研究和数值模式等手段对中国近海的海洋锋的分布特征、形成机理等方面进行了研究,但利用数值模式手段对整个中国近海锋面状况,特别是对锋面机理的分析并不多。本论文利用一个高分辨率的混合坐标海洋环流模式(HYCOM)对中国近海锋面的分布特征和季节变化进行分析,并在此基础上进一步探讨某些典型锋面的具体特点和形成机制。  首先,本文利用模式10年(1998-2007)海表面温度模拟结果与相同时间段内的AVHRR Pathfinder卫星观测结果比较分析可知:模式在中国近海能较好地模拟出锋面的分布特征及其季节变化;近海海洋锋受季风的影响较大,存在典型的冬、夏季分布差异。而春秋季节显现出典型的过渡季节特征。秋季是锋面的形成期,在整个冬季锋面比较丰富,形态成熟,包括济州岛沿岸锋,苏北浅滩锋,山东半岛沿岸锋,黑潮锋,浙闽沿岸锋,广东沿岸锋,台湾浅滩锋等。从春季开始,锋面开始消退,在夏季,只有在黄渤海沿岸有比较稳定的锋面存在,在整个东海和南海北部锋面都较弱。  接下来,本文对局部海区的典型海洋锋现象做了深入的研究。首先对黄海夏季潮汐锋进行了研究。潮汐作用是黄海夏季锋面最主要的影响因素,本文对研究区域内三条主要的锋面(山东半岛锋、苏北浅滩锋和木浦外海锋)具体分析了潮致上升流和潮汐混合作用这两种机制对锋面形成的贡献。通过对水文要素和热收支平衡分析发现这三条潮汐锋面的形成机理有所区别,对于木浦外海锋面,上升流是其主要的影响因子;而潮汐引起的垂直混合作用是山东半岛锋面的主要成因;对于苏北浅滩外海的锋面,垂直混合和上升流的共同贡献决定了锋面的位置。  在台湾海峡及附近海域,两个具有代表性的锋面是夏季的台湾海峡上升流锋和冬季的浙闽沿岸锋。夏季台湾海峡附近海域的锋面主要分布在粤东汕头外海以及台湾浅滩附近,二者都属于上升流引起的底层冷水上翻形成的锋面。通过对2000年夏季的季节内锋面演变过程分析,发现西南季风是引起粤东上升流的关键因素,但季风对台湾浅滩上升流锋面的贡献并不显著。台湾浅滩上升流的形成机理比较复杂,与地形和局地平流作用有很强的相关性。冬季浙闽沿岸流锋面的主要影响因子是冬季强劲的东北风。东北风一方面使浙闽沿岸流加强,冷水向西南的输送更强;另一方面也抑制了台湾暖流向东北的侵入。  最后本文还对冬季吕宋海峡黑潮入侵锋面的分布特征和形成机理进行初步的研究,黑潮带来的暖平流是吕宋海峡入侵锋面形成的主要原因,来自下层冷水的垂直扩散起到了混合冷却作用,与表层平流的加热作用相平衡。除此之外本文还对2000年冬季吕宋海峡以西海域的锋面涡旋演化过程进行了分析。对于吕宋海峡以西海域的锋面来说,吕宋岛以西的反气旋涡的结构,特别是其椭圆长轴的走向对锋面强度起到至关重要的作用,当长轴和黑潮走向一致时,黑潮向西北入侵的暖水与反气旋环流东北部向东南方向输送的冷水相遇形成强锋面。当长轴与黑潮垂直时,反气旋东北部的冷水输送较弱,此时对应的锋面强度也较弱。
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