黄东海海域涡旋结构特征及其能量输送研究

摘要

首先，由于黑潮附近涡旋非常活跃，本文利用1993～2010年的卫星海表高度异常资料，运用一种基于流场几何特征的自动涡旋探测方法，对黄东海中尺度涡旋的数量、大小、生命史、相对涡度等统计特征及其生成机制进行研究。共捕捉到7716个瞬时涡旋（生命期大于或等于4周），其中3790个气旋型涡旋和3926个反气旋型涡旋。涡旋平均生命期为7周，平均半径为55千米，平均相对涡度为±0.1，且气旋型涡旋与反气旋型涡旋的上述特征并无明显差别。涡动动能较大值出现在黑潮以东，而黑潮以西涡动动能较小。气旋型涡旋多生成于黑潮以西而反气旋型涡旋多生成于黑潮以东，关于黑潮主轴对称分布。黑潮是附近海域涡旋的主要生成机制之一，且气旋型涡旋与其流量时间序列十分吻合，而由于地形作用和外海传入的干扰，使得反气旋型涡旋同时受制于其他因素。
　　为了深入研究涡旋的三维结构和能量输送，进行更精细化的时空分析，重点对黄海海域海温与海流的季节性特征以及典型涡旋个例进行诊断和数值模拟。通过探讨气旋型与反气旋型两类涡旋个例的热动力和能量输送特征，得出结论:在黄海海域，气旋型涡旋和反气旋型涡旋的冷、暖中心并非存在于海洋表面，均呈现于25米左右深度。且气旋型涡旋的能量在水平方向上辐散，在垂直方向上呈现不对称性，流速强的部分能量下传更深更迅速。反气旋型涡旋的能量在水平方向上呈现辐合，在垂直方向上比较均匀，整体能量传输小于气旋型涡旋。FVCOM数值模拟对黄海海域涡旋进行的精细化时空结构与非对称能量输送时间演变的模拟与诊断显示:所模拟的气旋型涡旋较反气旋型涡旋从范围、强度、深度等方面均更大。它们的动量能量的传输深度、传输速度、传输持续时段都更深厚、更强、更长。对于气旋型涡旋，其中心部分较环状侧面部位能量传输更强更快更深。并且其环流的非对称性显著，也导致动量能量传输的非对称结构。对与反气旋式涡旋，由于强度弱，层次浅，动量能量传输的非对称性不显著，此外地形及水深对海流涡旋深度的影响也很显著。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究目的和意义

1．3 国内外研究进展

1．3．1 海洋涡旋研究

1．3．2 区域海洋数值模式

1．4 本文讨论及拟解决的问题

第二章 资料和方法

2．1 资料介绍

2．1．1 卫星高度计资料

2．1．2 低层风场数据

2．1．3 温度和海流场数据

2．2 海洋涡旋探测方法

第三章 黄东海海域涡旋特征分析

3．1 黄东海海域涡旋EKE特征

3．2 黄东海海域涡旋统计特征

3．2．1 涡旋的数目、大小和生命期

3．2．2 涡旋的相对涡度

3．2．3 涡旋的生成与消亡

3．3 黑潮对涡旋的影响

3．3．1 涡旋的运动

3．3．2 涡旋的生成机制

3．4 本章小结

第四章 黄海海域涡旋季节性特征及能量输送

4．1 黄海海域海表温度季节性特征

4．2 黄海海域海流季节性特征

4．3 黄海海域涡旋的热动力特征

4．3．1 气旋型涡旋个例C1

4．3．2 反气旋型涡旋个例A1

4．4 黄海海域涡旋的能量输送

4．4．1 气旋型涡旋个例C1

4．4．2 反气旋型涡旋个例A1

4．5 本章小结

第五章 黄海海域涡旋FVCOM数值模拟及验证

5．1 FVCOM区域海洋模式介绍

5．1．1 两种坐标系下的控制方程组

5．1．2 边界条件、网格划分及输出参数

5．2 模拟方案设计

5．2．1 试验区域网格设置

5．2．2 参数设置与边界条件

5．3 FVCOM模拟验证

5．3．1 海温SST场

5．3．2 海表流场

5．4 本章小结

第六章 黄海海域涡旋能量输送过程模拟试验

6．1 能量输送过程模拟试验

6．2 能量输送模拟结果

6．2．1 气旋型涡旋个例C1

6．2．2 反气旋型涡旋个例A1

6．2．3 台风气旋型涡旋C2与反气旋型涡旋A2

6．3 本章小结

第七章 结论与讨论

7．1 全文总结

7．2 存在问题和展望

参考文献

作者简介

致谢