大风和海洋涡旋对中国近海冬季水交换的影响研究

摘要

不同海域之间进行的水体交换能够促进海洋物质的交换，有利于稀释海洋污染物的浓度，对海洋环境的自净作用具有重要意义。基于ROMS海洋数值模式，本文对中国近海海洋动力环境进行模拟，通过引用优化的谱混合模型方法对渤黄海之间的水交换问题进行研究分析。在此基础上，分析了一次大风过程对渤黄海水交换的影响，以及黑潮两侧涡旋对东海和黑潮之间水交换的影响。 1、渤黄海水交换区的定义和特征 利用ROMS海洋数值模式对2006年冬季渤黄海海域的海洋动力环境进行模拟，基于温度和盐度的模拟结果，采用优化后的的谱混合模型方法进行水团分析，确定出渤黄海之间的水交换区。研究发现，冬季，在渤黄海地区分布着低温渤海水团和高温黄海水团，并且黄海水团呈“舌”形分布于渤海海峡北部地区。两海域之间的水交换区则表现为沿“舌”形边缘呈带状分布，具有西北——东南的走向趋势，位于“舌”尖处的水交换区面积最大，而且黄海最北部的沿岸海域并不参与渤黄海之间的水体交换。 2、冬季大风对渤黄海水交换的影响 根据冬季渤黄海海域风速随时间的变化趋势情况，选取一次大风事件（2007年2月14日），并以此次大风事件为例，探讨大风事件对渤黄海水交换区的影响。研究发现，冬季大风事件对渤黄海之间的水体交换具有促进作用，具体表现为：大风过程使黄海暖流对渤海的入侵更加深入，水交换区向渤海方向伸展，南部的水交换区变宽，黄河径流进入渤海后与渤海水的混合区加大，并发生北移。大风过后两天内，渤海海峡地区的水交换区向黄海方向退缩，同时，莱州湾地区的混合区也向沿岸方向退去。 3、1991-2006年冬季东海大陆架200米水体积通量异常情况 基于ROMS海洋数值模式对1991-2006年东海海洋动力环境的模拟资料，本文对1991-2006年期间冬季东海大陆架200米水体积通量异常与流场之间的关系进行分析。研究发现，1997、2003和2004三年的水体积通量表现为异常高值，其中1997年的水体积通量达到历史最高值。同时，东海陆架水与黑潮之间的水交换较弱，台湾东部一段黑潮向远离东海陆架的方向偏移；2000、2002和2005三年的水体积通量表现为异常低值，其中2000年的水体积通量达到历史最低值。同时，东海陆架水与黑潮之间的水体交换较强，黑潮在台湾东北部的入侵更深。 4、1997年和2000年东海涡旋的移动特征 通过分别分析两个特殊年份1997年和2000年冬季200米水体积通量的异常情况与相应东海涡旋的运动情况，发现：1997年冬季200米水体积通量达到历史最高值，黑潮以西的气旋涡由东海沿西南方向移向黑潮，黑潮与东海之间水交换区的面积减小，水交换减弱；2000年冬季200米水体积通量达到历史最低值，台湾东北部的气旋式冷涡不明显，黑潮以西的气旋涡由黑潮沿西北方向移向东海沿岸，黑潮与东海之间水交换区的面积增大，水交换能力加强。另外，研究发现，东海涡旋的产生与ENSO有一定的联系。 5、涡旋对东海和黑潮之间水交换的影响 基于全球海洋中尺度涡旋的分析结果资料，本文对东海涡旋进行了辨认和动态追踪，对其时空变化规律进行了统计分析，讨论了冬季东海涡旋的时空分布与东海陆架200米水体积通量的关系。研究发现，黑潮主轴向东海方向的弯曲附近是涡旋的频发地，当东海涡旋分布在琉球群岛西北从黑潮主轴中间段以西到济州岛以南一带时，有利于东海与黑潮之间的水交换。另外，黑潮主轴以西由黑潮沿西北方向移向东海陆架的涡旋，能够减弱东海大陆架200米等深线断面的水体积通量，促进东海与黑潮之间的水交换过程。通过统计涡旋个数发现，东海地区的总涡旋数越多，尤其是气旋涡个数越多，越有利于东海与黑潮之间的水交换过程。

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第一章 引 言

1.1 前言

1.2 研究背景

1.3 研究现状

1.4 本文结构

1.5 本文创新点

第二章 材料与方法

2.1 ROMS模式简介

2.2 模式配置与验证

2.3 谱混合模型方法介绍与优化

2.4 中尺度涡旋的探测方法

第三章 谱混合模型对冬季渤黄海之间水交换区的定义

3.1 冬季渤海海峡的环流特征

3.2 冬季渤黄海地区的温盐特征分析

3.3 谱聚类在渤黄海水团分析中的应用

3.4 谱混合模型在确定渤黄海之间水交换区中的应用

3.5 本章小结

第四章 冬季大风对渤黄海水交换的影响

4.1 冬季渤黄海地区的风场分布

4.2 大风事件对水交换区的影响

4.3 本章小结

第五章 冬季涡旋对东海水交换的影响

5.1 引言

5.2 冬季200m水体积通量异常高、异常低以及正常年份下的流场分布

5.3 1997年和2000年涡旋移动特征

5.4 涡旋的空间分布

5.5 涡旋的移动特征

5.6 涡旋的时间分布

5.7 涡旋的生命周期

5.8 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢