基于卫星高度计的南极绕极流的流函数空间分析

发布时间：2020-08-12 07:22

【摘要】： 南极绕极流(ACC)是全球气候变化研究的热点区域之一。由于观测资料缺乏,目前关于绕极流的研究还相当薄弱。本文结合卫星遥感数据和水文数据,采用一种新的流函数空间投影方法研究了澳大利亚以南的强流区域,针对亚南极锋(SAF)的可能分支现象给出确定性的描述,并研究了绕极流平均流结构和强度的季节和年际变化规律;在Sun Watts(2001)工作基础上,将地转经验模态方法拓展到以海表高度表征的流函数空间,利用该方法研究了南极中层水的中尺度变化,提出锋面波传播影响南极中层水生成演化的新观点。具体成果如下: 利用澳大利亚以南绕极流连续两年的实测资料对AVISO提供的卫星高度计绝对动力地形数据ADT进行了验证,结果表明ADT能够反映该区域绕极流的中尺度现象。利用ADT数据对流函数空间中绕极流的平均流结构进行了研究,发现速率最大值并不对应于一个固定的海表高度值,其受地形影响很大。ACC平均流结构在SR3断面上下游不同,而且表现出明显的季节和年际变化。这说明用速度场定义亚南极锋存在空间和时间局限性,而澳大利亚学者提出的亚南极锋的双分支结构并不是一个稳定可靠的绕极流特征;在季节变异方面,SR3区域的绕极流平均路径变化较小,而在下游变化较大。SR3区域绕极流的强度具有半年周期的变化,在3月和8月份较强,但这种半年信号只是局部现象,在SR3上下游具有不同的季节变化规律,其空间差异反映了地形对绕极流季节变化的显著影响;在年际变化方面,SR3区域绕极流在2000年达到最强,1997年最弱,其信号比季节信号要强。上下游强度的年际变化基本和SR3一致,只是在极值出现的年份上有所差别。本文还探讨了绕极流强度年际变化的动力机制,认为大气西风环流在1998年的增强可能通过斜压调整过程导致了绕极流在2000年前后的增强。在Sun Watts(2001)提出的地转经验模态的基础上,本论文利用卫星高度计数据和水文数据构建了基于海表高度的地转经验模态场(H-GEM),能够表征绕极流区域超过95%的实际温盐变化。与实测资料的比较发现,基于Argo数据的H-GEM场是通过卫星高度计反演绕极流三维结构的一种有效方法。论文进一步在流函数空间中对SR3断面水文数据进行了EOF分析,结果表明SR3区域南极中层水的变化和亚南极锋的锋面波传播有关。本文定义SR3断面上亚南极锋的方向角为锋面波指数,当锋面波指数为正时,对应着较多的中层水跨越亚南极锋,而锋面波指数为负时,对应着较少的中层水跨越亚南极锋。对锋面波指数的谱分析表明,锋面波有约为130天的周期。利用高度计资料计算的锋面波相速度为4cm/s,波长为450km。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P715.6
【图文】：

时间序列,实验仪器,澳大利亚,地形

还可以积分出动力高度，并计算其水平梯度进而得到三维斜压流速场的时间序列(Sun & Watts 2001, Watts et al. 2001)。图2.1 澳大利亚以南区域地形及SAFDE实验仪器阵列图。黑圈、点和星号分别代表IES、海流计和HEFR站点。阴影是ETOPO5底地形，等值线是AVISO提供的平均动力地形图，右图中的粗实线表示SR3观测站点。2.1.3 海流计SAFDE观测项目在1997年3月共回收了4套完整的海流计锚定系统，其中3套放置在沿SR3断面的位置，和之前AUSSAF项目投放的海流计位置一致(Philips &Rintoul 2000, 2002)，另外1套放置在东部的IES阵列上。本文利用上层海流计的观测来验证ADT数据，用深层的数据来比较ADT和IES观测的差别。7第02期张林林：基于卫星高度计的南极绕极流的流函数空间分析 A010-1-11

时间序列,海面高度,表层流,地转流

ADT(左)和IES(右)的海面高度所反映的不同时间的表层流场。上(1995年11月96年1月10日)，下(1996年3月6日)。海面高度由彩色表示，黑圈和矢量分别表站点和海流计在300dbar的流速。2 地转流文比较了ADT、ADH和IES所得到的地转流的时间序列，发现ADT和A测符合的比较好。ADT和IES所得出的地转流的纬向分量和经向分量分别为0.9和0.85。由于ADT和ADH之间唯一的差别只是平均场不同IES之间的相关性和ADT是一致的。图2.4给出了ADT和IES得到的地转上的均方根误差(RMS) 。对于IES阵列之间的站点，纬向流和经向流8cm/s和12cm/s；而在IES阵列外边缘处的RMS则比较大，这可能是由9

海面高度,均方根误差,时间序列,相关系数

基于卫星高度计的南极绕极流的流函数空间分析数据在处理过程中使用的外插方法导致的。同时，ADH和IES之间的RMS比ADT要大，这说明了ADT和IES观测更符合。另外，从几个站点的速率比较也可以看出ADT和IES之间的一致性(图2.5)。博士学位论文全文数据库 2011年第02期基础科学辑 A010

【参考文献】