气候变暖背景下风场对江苏近海海平面的影响研究

发布时间：2018-12-15 00:11

【摘要】：本文重点研究气候变暖背景下近海面风场对江苏海域海平面变化的影响。主要运用Aviso卫星高度计中海平面异常(SLA)资料和验潮站数据,分析了1993-2012年近20年江苏海域海平面变化的时空分布特征。并分析了在全球变暖趋势下,该时期内相应的近海面大气和海洋环境变化,分析江苏近海海平面变化与风场、流场、海温场的关系,探讨江苏近海海平面变化的影响因子作用；考虑在气候变暖背景下,最近10年的灾害性大风过程与前10年的过程相比,极端强度增大,因此利用近海海洋模式FVCOM,模拟强风天气过程,包括台风大风和寒潮大风对江苏海域海平面变化的影响,揭示局地风场及海洋要素在该海域海平面变化中的作用,主要得到以下结论：江苏近海海平面在1993-2012年存在明显的季节变化并有显著的上升趋势,上升率为2.9mm/年,且近岸海平面上升速率更大,最大上升率可达11mm/yr。海平面变化存在显著的季节特征,夏季和冬季海平面趋势分布基本相反。海平面在空间分布上具有显著的区域特征,EOF分析结果显示：江苏近海海平面前两个模态属于季节模态,累积方差为55%。从第一模态中可以看出江苏沿海海平面从北到南总体呈现明显的上升趋势,黄海(从龙口到滩浒)和连云港地区上升趋势最为明显,从时间系数上看,第一模态的频谱分析图中显示最大峰值为12个月,对应的是年周期变化。对第二模态进行分析,江苏地区的海平面变化主要是季节变化。运用高分辨率再分析资料(CFSR),对SLA的季节内变化的主要影响因子进行探讨。在各项影响因子中,风场在海面产生的风应力强迫,与岸线相配合,对江苏近海海平面的升高、降低的波动变化起着重要作用。由于受全球气候变暖的影响,2000年后在中国东部海域尤其是江苏近海上空的冬季风和夏季风变弱,因此江苏近海在冬季和夏季的海表面的风应力随着减弱,海表水温明显上升。在偏北风减弱的天气过程中,江苏近海海域的海平面相对增高。在气候变暖的背景下,影响江苏的台风和寒潮等灾害性天气强度增强,海平面对灾害性大风的响应情况直接影响着沿岸的经济发展。本文筛选典型强风天气过程,结合区域海洋模式FVCOM,系统性地认识强风过程对区域海洋要素时空演变的影响效应。数值模拟结果显示：台风“梅花”和“米雷”两次北上台风过程,对江苏近海的海平面影响情况相似,“梅花”带来的大风强度大于“米雷”,对江苏近海地区的影响较为严重。在北上台风梅花的影响下,连云港和吕四站的水位呈现一个明显的上升过程,水位最高达到0.45米。而在登陆台风达维的作用下,连云港和吕四站的水位波动下降。在2008年12月20日中路寒潮的影响下,江苏沿岸的余流主要沿岸向南运动,在Ekman质量输送的作用下海水向右偏转,在江苏的辐射沙洲脊地区,余水位最大增幅为0.4m；在2012年11月20日的寒潮过程,江苏整个区域的海水主要为离岸流,近岸水位降低,呈现由西向东分布。对比分析台风和寒潮大风对江苏近海海平面的影响情况,台风“梅花”初期琼港地区的水位较低,在外海水位大约为0.25m,随着台风北上,辐射沙洲脊沿岸的水位上升,最高达1m左右,水位梯度由近岸向外海递减；而在2008年12月20日寒潮的影响下,琼港等沿岸地区的水位较高,最大为1.5m左右,远海地区的水位较低。台风“梅花”期间,江苏近海的水位主要是南高北低的状况,而在寒潮大风期间,江苏近海的水位与之不同,呈现南低北高的状态,这与影响江苏近海区域的大风风向有明显关系。在台风和寒潮大风期间,江苏近海的海洋分别出现气旋性涡旋和反气旋性涡旋,对江苏近海的海平面分别造成上凹和下凸的影响。在正涡旋中心,海水位最低；在负涡旋中心海水位最高,在两类涡旋的急流一侧,水位的梯度较大。而比较寒潮和台风造成的水体涡旋动能和动量下传,无论在深度和强度上,寒潮造成的水动力涡旋的动能和动量向下传播较台风造成的水动力涡旋作用更迅速,量值也更大。这是由于寒潮带来大风降温,冷空气造成海表迅速降温,海温上冷下暖垂直层结不稳定,与近海面大风造成的风应力动力混合共同作用,能量和动量的强度大,下传迅速；而台风过程因温差小,主要是风应力作用,因此能量和动量相对较弱,下传速度慢、深度浅。
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【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P731.23;P732.6

【参考文献】