黄渤海环流对冬季大风过程的响应机制研究

摘要

冬季,黄渤海域常有寒潮引发的大范围的大风过程,本文关注于黄渤海环流对冬季大风天气的高频响应,包括黄海暖流的延迟响应、黄海暖流的西偏过程以及渤黄海的水交换过程,并研究天气尺度的黄海陆架波以及开尔文波在黄渤海环流响应过程中的作用。
　　关于大风过程下的黄海暖流延迟响应,现场观测以及数值模式结果均显示,黄海暖流很好地响应大风爆发过程,但是存在响应时间上的滞后(形成滞后和峰值滞后),并且黄海暖流的响应过程伴随着黄海陆架波的传播。进一步的理论分析揭示了陆架波使黄海暖流产生延迟响应的动力学机制:黄海暖流在纬向上处于地转平衡,陆架波通过调整纬向上的压强梯度力来调整黄海暖流的强度。在大风爆发阶段,激发的陆架波传播之后才可以提供纬向上的压强梯度力,此时黄海暖流才得以形成,故将滞后大风的爆发时刻;在大风衰退阶段,随着动力平衡打破陆架波被释放再次传播,纬向上的压强梯度力将会达到极值,此时黄海暖流达到峰值,故将滞后大风峰值时刻。
　　关于大风过程下的黄海暖流西偏过程,数值模式与理想数值试验结果均显示,在大风过程期间,黄海暖流西向偏移至黄海西侧陆架(大风爆发阶段),并在黄海西侧陆架上增强与衰减(大风衰退阶段)。进一步的理论分析揭示了陆架波影响黄海暖流流轴位置的动力学机制。通过海盆北部的连续地形波导,海盆东侧的陆架波可以将高水位传入海盆西侧,导致纬向压强梯度力的极值位置也被向西推移,使得黄海暖流流轴发生西向偏移(因为黄海暖流在纬向上处于地转平衡)。进一步研究发现海盆北部地形波导是否连续(即是否存在位势涡度障碍)将决定黄海暖流是否西偏,底摩擦通过捕获陆架波将影响逆风流的西偏程度。
　　关于大风过程下的渤黄海水交换过程,现场观测以及数值模式结果均显示,在大风爆发阶段,渤海水位下降,海水从渤海流入黄海,在大风衰退阶段,渤海水位回升,海水从黄海流入渤海,并且整个水交换过程伴随着开尔文波的传播调整。进一步的理论分析揭示了开尔文波影响渤黄海水交换的动力学机制。在大风爆发阶段,朝鲜半岛沿岸的开尔文波传入渤海导致整个渤海海平面下降,使得海水从渤海流入黄海,开尔文波被捕获在渤海海盆。在大风衰退阶段,开尔文波被释放而传出渤海,整个渤海海平面上升,使得海水从黄海流入渤海。因此,旋转效应下的开尔文波调整过程是影响渤黄海水交换的主要因素。

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1 绪论

1.1 黄渤海及其物理环境

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义

1.4 本文的研究内容

2 数据资料与数值模式介绍

2.1 现场观测资料介绍

2.2 卫星以及再分析数据介绍

2.3 数值模式介绍

3 黄海暖流对冬季大风过程的响应

3.1 相关理论介绍

3.2 黄海西侧的观测

3.3 大风过程下黄海环流的数值模拟

3.4 陆架波影响逆风流的动力学机制

3.5 逆风流流轴西偏的动力学机制

3.6 大气高频天气过程对海洋低频过程的影响

4 冬季大风过程下的渤黄海水交换

4.1 渤海及渤海海峡中的观测

4.2 渤黄海水交换的数值模拟

4.3 开尔文波对渤黄海水交换的影响

5 总结与讨论

5.1 大风过程下的黄海暖流延迟响应

5.2 大风过程下的黄海暖流西偏过程

5.3 大风过程下的渤黄海水交换过程

参考文献

致谢

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