南海北部陆架波的生成及传播特性研究

摘要

南海是西北太平洋最大的边缘海，频发的寒潮和热带气旋激发了丰富而活跃的海洋动力过程。强风所激发的陆架波是南海北部陆架区重要的海洋动力过程之一。本文基于验潮站水位数据、潜标海流数据和卫星高度计数据，结合海面风和气压数据、观测站地面气温和气压数据、MODIS影像数据，利用小波变换、交叉小波变换及经验模态分解等数据处理手段，系统地分析了南海北部海域寒潮及热带气旋激发陆架波的特性。
　　2008年1-3月的强寒潮引起了三次海面水位振荡事件，分别发生在1月9-21日、2月5-18日和2月20日-3月8日。第一、三次水位振荡事件周期为双峰结构，分别为1.5-5.3和6.1-16.0 d。第二次水位振荡事件周期为单峰，为2.3-3.5 d。水位振荡信号由北面的浙江沿岸南向传播到广东。其传播相速度在不同海域表现出不同的数值:坎门和平潭站之间为9-29 m s-1，厦门和惠州站之间为5-11m s-1，惠州和水东站之间为11-22ms-1。水位振荡的频散关系证明该振荡信号为陆架波。此外，陆架波在东海、南海陆架相比在台湾海峡附近海域持续的时间更长;东海海面水位对沿岸风的响应延迟时间为6-7 h，南海为10-19 h。
　　2009年12月-2010年1月寒潮激发了周期为62 h和133 h的陆架波，陆架波以一阶正压模态，沿着海岸由坎门站南向传播到水东站。在坎门—汕头站之间传播相速度为8-13 m s-1，在汕头—惠州站之间传播相速度为9-11 m s-1，在惠州—水东站之间传播相速度为10-15 m s-1。从与验潮站同步观测到的卫星高度计沿轨数据中提取了陆架波前三阶模态的振幅，得到的陆架波一阶模态最大的振幅为0.27 m，二、三阶模态最大的振幅为0.05 m。陆架波一阶模态为主要模态，能量集中在距离海岸250km以内的陆架区域。
　　2014年4月9日-10月20日验潮站水位数据及海流观测数据分析结果表明，热带气旋通过直接强迫和遥作用可以引起周期为45-80 h和110-130 h两个频段的振荡信号。其中台风“米娜”、“海贝思”、“威马逊”、“麦德姆”、“夏浪”、“娜基莉”、“海鸥”和“凤凰”引起研究海域的强迫陆架波;台风“浣熊”、“风神”、“巴蓬”和“黄蜂”引起了自由传播的陆架波。周期为45-80h频段的振荡信号流速约为0.05-0.15 m s-1，周期为110-130 h频段的振荡信号流速约为0.03-0.10 m s-1。热带气旋的强迫作用导致陆架波传播相速度与自由波传播相速度差异很大，从0.2 m s-1到58.2 m s-1，甚至同自由波传播方向相反。
　　2014年7月3-10日台风“浣熊”发生期间，7月5-11日在南海北部陆架海区同时观测到了日潮频段、近惯性振荡、差频信号和陆架波信号。信号的频率分别为1.05、0.74、0.44和0.30 cpd。波—波非线性相互作用的机制可以解释日潮频段信号和差频信号的出现。近惯性振荡和陆架波通过非线相互作用，可以生成频率为两者频率相加、相减的两个信号，即日潮频段信号和差频信号。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 陆架波

1．2 陆架波研究进展及意义

1．2．1 陆架波研究进展

1．2．2 陆架波的研究意义

1．3 南海北部海域相关背景

1．3．1 南海北部海域地理及水温特征

1．3．2 南海北部极端天气现象

1．4 本文的主要研究内容

第2章 南海北部2008年冬季陆架波

2．1 前言

2．2 数据

2．2．1 验潮站数据

2．2．2 海面风数据

2．2．3 气压和温度数据

2．3 小波分析

2．3．1 小波变换

2．3．2 交叉小波变换

2．4 小波分析结果

2．4．1 海面水位振荡

2．4．2 海面水位振荡的沿岸传播

2．4．3 海面水位振荡传播的性质

2．4．4 陆架波和寒潮之间的关系

2．5 讨论

2．5．1 局地风作用与风的遥相关

2．5．2 同前人研究结果的对比

2．6 结论

第3章 陆架波垂直海岸方向的模态分析

3．1 前言

3．2 数据

3．2．1 验潮站数据

3．2．2 卫星高度计数据

3．2．3 海表面气压和温度数据

3．2．4 海面风数据

3．3 集合经验模态分解

3．4 结果

3．4．1 沿海岸海面水位振荡信号

3．4．2 垂直海岸的波动模态结构

3．5 讨论

3．5．1 寒潮期间的气温变化和沿岸风

3．5．2 高度计数据的准确性

3．5．3 海面振荡的背景场

3．5．4 与前人结果的对比

3．6 小结

第4章 南海北部2014年夏半年热带气旋激发的陆架波

4．1 前言

4．2 数据及处理

4．2．1 验潮站水位数据及处理

4．2．2 海流观测数据及处理

4．2．3 海面气压及风数据

4．2．4 热带气旋数据

4．3 陆架波传播特性

4．3．1 风的强迫及遥作用

4．3．2 陆架波

4．4 结论

第5章 陆架波和近惯性振荡的波波相互作用

5．1 前言

5．2 数据

5．2．1 观测数据、海面风、气压数据及处理

5．2．2 可见光卫星数据

5．2．3 台风浣熊

5．3 数据分析

5．3．1 海面振荡信号

5．3．2 锚系观测海流中的信号

5．4 动力诊断

5．4．1 运动方程的尺度分析

5．4．2 波—渡非线性相互作用

5．5 讨论

5．5．1 沿岸风

5．5．2 MODIS图像显示的内波(内潮)信息

5．6 小结

第6章 结论和展望

6．1 研究工作总结

6．2 今后工作展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文