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吕宋海峡黑潮形变的机制及其与Rossby波和涡旋的相互作用

作　者: 陆九优
导　师: 刘秦玉
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: 吕宋海峡黑潮路径 Rossby波涡旋涡流相互作用能量转换
分类号: P731.27
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在吕宋海峡处，黑潮失去陆坡支持后其流径的位置和形态是西边界流动力学中的一个重要科学问题，引起了众多海洋学者的关注。本文针对目前研究中存在的争论，通过对观测数据分析和一系列的数值模式实验，运用准地转2.5层模型不稳定性分析、雷诺平均的能量诊断办法以及基于小波的MS-EVA分析方法等，澄清了前人研究中存在的争论和问题，得到以下有创新性的成果：再次证实了平均态黑潮是以“跨隙”路径跃过吕宋海峡。指出由于地形效应特别是巴林塘海峡附近的底地形和岛屿，决定了黑潮失去陆坡支持时的初始入射角；在外强迫涡度输入较弱的情况下，在黑潮流出巴林塘海峡失去陆坡支持后北上过程中，由于环境涡度增加，依据绝对涡度守恒黑潮必定会在台湾岛以南流出吕宋海峡。该结果解释了在不能准确分辨巴林塘海峡附近的底地形和岛屿的海洋数值模拟中会出现黑潮呈现流套路径进入南海的物理本质。首次提出了冬季风产生Ekman输运和输入的风应力负涡度是黑潮冬季在吕宋海峡以流套形式出现的主要原因；该结果纠正了前人提出的冬季黑潮流量小、惯性小，则导致黑潮在吕宋海峡以流套形式入侵的观点。研究证实黑潮“跨隙”路径和对应的温跃层向西抬升在吕宋海峡建立起很强的位势涡度（PV）纬向梯度，该PV梯度比行星PV梯度高一个量级，因此“跨隙”路径的黑潮能有效地阻碍西传的Rossby波和涡旋穿过吕宋海峡；而一旦黑潮呈流套路径进入南海，黑潮在吕宋海峡对Rossby波和涡旋能量西传的阻挡效应马上消失。通过对数值模式结果的能量分析指出，黑潮锋面处平均流向中尺度扰动的斜压能量输入是黑潮锋面西侧气旋涡成长和反气旋涡从黑潮主体脱落的能量来源；斜压能量转化大值区位于黑潮主轴西侧、黑潮反气旋式弯曲的上游；在黑潮出现反气旋弯曲并逐渐发展阶段，黑潮锋面处平均流同时向黑潮西侧的反气旋涡和诱生的气旋涡提供有效位能促其成长；在反气旋涡脱落阶段，黑潮锋面处平均流的能量转换逐渐偏移到气旋涡上，导致气旋涡的成长，使其足够强大将反气旋涡从黑潮主体上切断下来。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-16
第1章绪论  16-25
  1.1 引言  16
  1.2 研究现状  16-23
    1.2.1 吕宋海峡处黑潮流径形态研究回顾  16-20
    1.2.2 太平洋的 Rossby 波和涡旋能否直接地进入南海  20-21
    1.2.3 南海环流的影响  21-23
  1.3 科学问题的提出及本文拟研究的主要内容  23-25
第2章数据和方法介绍  25-39
  2.1 本文使用的数据和分析方法  25
  2.2 本文使用的海洋环流数值模式  25-39
    2.2.1 HYCOM 模型简介  26-29
    2.2.2 HYCOM 模型的数值实验设计  29-32
    2.2.3 ROMS 模型  32-38
    2.2.4 ROMS 实验配置  38-39
第3章黑潮在吕宋海峡的形变机制  39-61
  3.1 黑潮路径变化的主要特征  39-44
    3.1.1 黑潮西伸指标法  39-42
    3.1.2 聚类分析  42-44
  3.2 地形对于黑潮路径的控制作用  44-53
    3.2.1 黑潮在吕宋海峡的平均态路径  45-49
    3.2.2 地形效应的数值实验研究  49-53
  3.3 现在气候背景下，东亚季风和黑潮流量对黑潮流径季节变化的控制作用  53-59
  3.4 季节内信号的影响  59
  3.5 本章小结  59-61
第4章黑潮对西传 ROSSBY 波和涡旋的阻挡作用  61-76
  4.1 黑潮阻挡 ROSSBY波和涡旋之观测与数值实验证据  61-68
    4.1.1 黑潮对西传 SSHA 信号的阻挡  61-64
    4.1.2 黑潮对来自太平洋的涡旋的阻挡效应  64-68
  4.2 黑潮 PV 屏障机制  68-70
  4.3 涡旋与黑潮相对强度的影响  70-75
  4.4 本章小结  75-76
第5章黑潮和涡旋相互作用之能量分析  76-96
  5.1 基于准地转 2.5 层模型的不稳定性分析  77-82
  5.2 基于雷诺平均的涡流能量转化分析  82-86
  5.3 基于小波的 MS-EVA 分析  86-94
  5.4 本章小结  94-96
第6章结论与展望  96-99
  6.1 本文总结  96-97
  6.2 未来工作展望  97-99
参考文献  99-108
致谢  108-109
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  109-110

吕宋海峡黑潮形变的机制及其与Rossby波和涡旋的相互作用

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