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基于Thorpe尺度对南海深层混合的研究

作　者: 李敏
导　师: 田纪伟
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: Thorpe尺度翻转南海深层混合
分类号: P731.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

南海作为西北太平洋最大的边缘海，其特殊的地理位置及经济和军事价值使其成为学者们的研究热点。南海深层的混合（本文中混合指跨等密面湍流混合）对于海洋中的物质和能量输运过程及维持海洋层结有重要作用。本文基于2005年至2012年共8年在南海进行现场观测得到的温盐剖面数据，利用Thorpe尺度参数化方法得到了每个剖面的耗散率和混合率结果，计算时采用了以位密剖面为主兼顾位温剖面的水体翻转（overturn）判别方法，然后通过平均得出南海1000m以深的深层耗散率和混合率的分布及吕宋海峡处120.5°E断面在春、夏、秋三季的混合情况变化并进行了分析研究。翻转尺度和分布的统计特征显示，随深度和密度的增大，Thorpe尺度较大的翻转占的比例越来越大。这与前人关于翻转大小随深度的分布结果是一致的。Thorpe尺度在10-20m之间的翻转所占比例最大。翻转厚度约为Thorpe尺度的3倍，翻转内最大Thorpe位移约为Thorpe尺度的2倍，且最大Thorpe位移相对翻转厚度拟合程度更好，能更好地表征Thorpe尺度及翻转的特征，可作为检验翻转判别结果的参考。南海深层混合的分布显示，吕宋海峡处深层耗散率和混合率整体较强，分别达到10-8Wkg-1和10-3m2s-1以上，1000-2500m层西北陆坡区等海盆边缘海区的耗散率和混合率达相同量级，而中间被包围的北部海盆区相对较弱。2500m以下的底层水的耗散率和混合率整体上较1000-2500m层增强，南海北部海区的混合率较上层高，较大洋背景值高出2个量级。南部海区在该层的耗散率和混合率也明显增强，尤其东部增强了约两个量级。该层与离底500m层的耗散率和混合率分布基本一致的现象说明了底地形所起的重要作用。利用GK96的方法得出的分布主要特征与本文计算结果基本一致。各层平均的混合率从西向东呈现增强趋势，1000-1500m和1500-2000m层混合率从南向北呈现出增强趋势，各层均在17°~18°N附近出现混合率的较小值。将研究区域分为吕宋海峡（一区）、南海北部（二区）、南海中部（三区）和南海南部（四区）四个区域，比较发现，混合率随深度增强的幅度以四区为最大，增幅约两个量级，其他三区增幅均在一个量级之内。各个区域混合率的垂向分布与小于0.25的Richardson数分布有很好的对应关系，体现了不稳定过程发生的较大可能性。吕宋海峡处强混合现象可能与独特的双山脊地形对内波的生成、传播和耗散过程的影响有关，西传内波的散射和耗散为南海北部混合提供了能量，而其逐渐演变成非线性并破碎的过程应是导致强混合的动力机制。另外，东沙岛附近产生的内潮的演变及破碎可能是导致南海北部强混合的另一原因。南海中部海区为混合提供能量的内潮较弱，导致了其混合率相对北部较低。南海南部2000m以深Richardson数基本均小于0.25，说明其深层发生不稳定现象的可能性很大，很小的扰动就可能引起较强的混合。这应与该海区深层层结较弱有关，而该处复杂底地形应与强混合也有密切关系。对春、夏、秋三季吕宋海峡120.5°E断面的耗散率和混合率垂向分布的分析结果表明，秋季的耗散率和混合率较春夏季有增强现象，尤其是20°N以北部分更为明显。最南部斜坡处近底层的耗散率和混合率明显随季节增强了约一个量级。该断面的耗散率和混合率的季节变化可能与秋季吕宋海峡深层层结减弱及秋季深层内潮能通量较夏季强且传递方向在垂向上变化明显有关。四个区域由混合引起的上升流速基本随深度呈增大趋势，2600m以深一二三区达20~30cm/天，四区接近50cm/天。整个计算海区2500m以深的平均上升流速为24cm/天，与前人结果基本一致，体现了Thorpe尺度方法结果的可信性及混合对于南海深层环流的重要作用。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-12
0. 前言  12-23
  0.1 海洋混合及南海相关特征介绍  12-14
  0.2 海洋混合研究方法及进展  14-22
    0.2.1 粒子示踪  15-16
    0.2.2 微结构观测  16-18
    0.2.3 细结构参数化  18-20
    0.2.4 Thorpe 尺度方法  20-22
  0.3 研究目的及文章结构  22-23
1. 数据和方法介绍  23-28
  1.1 观测海域及站位分布  23-25
  1.2 观测仪器 CTD 及相关数据处理  25-27
  1.3 方法介绍  27-28
2. 水体翻转的判别及相关特征  28-36
  2.1 南海温盐特征  28-29
  2.2 水体翻转判别方法的选取  29-31
  2.3 计算过程及水体翻转判别  31-34
  2.4 水体翻转及 Thorpe 尺度相关特征分析  34-36
3. 混合结果及分析  36-54
  3.1 南海深层混合  36-49
    3.1.1 空间分布  36-41
    3.1.2 分区混合率及 Richardson 数分布  41-47
    3.1.3 分析与讨论  47-49
  3.2 吕宋海峡 120.5°E 断面季节变化  49-52
  3.3 深层混合引起的上升流  52-54
4. 结论及展望  54-58
  4.1 研究工作总结  54-56
  4.2 工作展望  56-58
参考文献  58-65
致谢  65-66
个人简历  66-67

基于Thorpe尺度对南海深层混合的研究

内容摘要

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