地转调整与台湾东北黑潮入侵陆架的研究

摘要

黑潮在台湾东北向东海陆架常年入侵，对中国近海的环流系统及生态环境有重要影响，一直是中国近海陆架动力学研究的焦点问题之一，也是海洋学中西边界流与边缘海相互作用的典型动力过程之一。然而，至今人们对台湾东北黑潮入侵的动力机制尚没有较为统一的认识。此外，传统的水文观测也无法给出较完整的黑潮入侵形态及其长时间尺度的变化规律。
　　本文利用高分辨率数值模式探讨了黑潮在台湾东北入侵东海陆架的动力机制。数值模式的动量收支平衡计算表明，黑潮在台湾东北海域由于失去台湾岛支撑而发生的空间地转调整是黑潮入侵的主要原因，入侵是地转调整的具体表现。非线性项对地转调整起主要作用，底摩擦对次表层黑潮的调整有重要影响，而水平耗散项则起次要作用。陆坡在台湾东北约100 km处的东向转向限制了地转调整的空间，对地转调整的形态有重要影响;陆坡附近的水下峡谷对底层流态及夏季“冷穹”位置有一定影响。
　　本文还利用卫星高度计沿轨资料、海表漂流浮标资料及数值模式结果得到了较为一致的黑潮入侵特征。(1)夏季，黑潮在台湾东北的入侵主要表现为次表层冷水的涌升，并且形成的冷中心常常可以直接到达表层。冷中心的强度，如冷水的范围及降温幅度，随深度的增加而变大，其位置在陆架近底层贴近台湾北岸。黑潮经历地转调整过程所形成的流场及涡度场分布是上升流产生的主要原因。表层黑潮在夏季的入侵主要为黑潮在陆坡的东向转向附近的直接入侵。(2)冬季，黑潮以表层入侵为主，入侵存在两条主要的路径:一条为紧贴台湾岛北岸的反气旋弯曲，该路径为黑潮地转调整的直接表现，入侵的黑潮水与陆架水之间形成较强的温度锋面;另一条为黑潮继续北上并遇到陆架坡折带的东向转向而产生的直接入侵，黑潮主流的惯性作用是其主要动力机制。地转调整过程中的次表层涌升在冬季也存在，上升流主要位于在台湾岛北岸的陆坡附近。(3)黑潮在台湾东北的入侵存在明显的年际变化。数值模式的敏感性试验表明入侵受到局地风场、海气热通量、上游黑潮结构的影响，其中热通量及上游黑潮的惯性对冬季表层入侵的年际变化起主要作用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 台湾东北黑潮入侵陆架研究综述

1．2．2 其他西边界流与地形相互作用的研究综述

1．2．3 海洋地转调整研究综述

1．3 关键科学问题

1．4 论文的结构安排

第二章 资料与方法

2．1 数值模式及模式设置

2．1．1 Regional Ocean Modeling System(ROMS)模式简介

2．1．2 模式设置

2．2 卫星高度计及海表漂流浮标资料来源及分析方法

2．2．1 卫星高度计观测资料及分析方法

2．2．2 海表漂流浮标观测数据及分析方法

第三章 黑潮入侵陆架的主要形态及地转调整机制

3．1 黑潮入侵陆架的主要形态

3．1．1 台湾东北附近的水位及垂向平均流场分布

3．1．2 表层黑潮入侵的形态

3．1．3 次表层黑潮入侵的形态

3．1．4 上升流的形态

3．2 入侵的地转调整机制分析

3．2．1 入侵过程的非地转分量变化

3．2．2 垂向平均动量方程的各项收支平衡

3．2．2 三维动量方程的各项收支平衡

3．3 敏感性试验分析

3．3．1 台湾海峡和对马海峡的影响

3．3．2 陆坡附近水下峡谷的影响

3．3．3 陆坡东向转向的影响

3．4 小结与讨论

第四章 台湾东北黑潮入侵陆架的夏季特征

4．1 上升流及冷穹的模拟结果

4．1．1 台湾东北冷穹的三维结构

4．1．2 潮汐对冷中心强度的影响

4．2 上升流的敏感性试验结果

4．2．1 水下峡谷对上升流的影响

4．2．2 陆坡转向对上升流的影响

4．3 小结与讨论

第五章 台湾东北黑潮入侵陆架的冬季特征

5．1 黑潮表层流轴的季节变化的高度计观测

5．1．1 采用沿轨海面高度异常数据计算的结果

5．1．2 采用沿轨绝对海表动力高度计算的结果

5．2 台湾东北附近的海表漂流浮标观测

5．2．1 表层漂流浮标轨迹的季节变化

5．2．2 表层漂流浮标的拉格朗日流场及温度场

5．3 表层流轴变化的敏感性试验

5．4 示踪粒子试验

5．5 小结与讨论

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间发表与拟发表论文情况