南海北部中尺度涡及北部湾环流结构与生成机制研究

发布时间：2020-08-28 13:35

　　首先，基于改进的中尺度涡判别方法和海平面异常数据（SLA），本文分析了南海北部中尺度涡的变化规律及其对南海环流影响。其次，构建南海西北部的三维后报模型，分析南海环流及其它强迫因子对北部湾环流（位于南海西北部）的贡献。得到的主要结果如下：通过用相对涡度代替SLA来消除全球平均下反气旋（气旋）式涡旋对应负（正）SLA的误差，并引进流场判据消除O-W中尺度涡判别方法的误差。基于新方法的分析结果表明，南海西北部存在四个中尺度涡消散区，与南海的四个中尺度涡主要生成区相对应，从而构建四个规律性的涡旋传播通道。讨论了中尺度涡在经向上的能量通量分布，发现南海东边界和西边界是能量密集区。中尺度涡以西向传播为主，其能量通量是东向传播的6倍。与季风对海洋的输入能量相比，中尺度涡对背景流的贡献大9倍。在西向传播过程中，中尺度涡不断消失和生成，接力般把能量从南海东部传到西部，使得能量聚集在西边界。由于北部湾受南海环流影响，因此中尺度涡对南海环流的影响可以传递至北部湾。二十年来，由于有限的观测数据和大量的数值诊断计算，北部湾的季节性环流型态与生成机制一直存在较大争议。本文通过POM模式在南海西北部建立三维后报模型，模拟2006-2007年的环流变化。该模型充分考虑了日平均的风场（Blended wind data）、热通量（Woods Hool的OAFlux）以及俄勒冈大学（OSU）潮汐模型提供的六个分潮。侧边界则使用HYCOM提供的2005年12月1日到2007年12月31日的日平均温度、盐度、正压和斜压流速、水位等数据，同时考虑了气候态下几个河流的月平均径流量。模式结果与实测数据较前人最大程度的符合，不仅模拟出908专项观测到的两个上升流和两个冷水团，而且与海流观测吻合较好。基于此，本文得出与前人模型结果不一样的结论：北部湾的南部环流有显著的季节性变化特征，夏季为反气旋式环流而冬季则为气旋式，分别受南海环流和东北季风控制。北部环流则可分成东西两部分，西北部环流无明显季节性变化特征，主要受沿岸流控制，包括湾西岸的低盐水以及南部环流的分支，而东北部环流则受局地风场和琼州海峡流的共同作用。受环流影响，北部湾表层存在几个水文特征迥异的水团，包括南部高温高盐水团，西海岸和北海岸的河口羽状区形成的低盐水团以及介于二者间的混合水团，水团主要受季风、热通量以及径流量影响。无热通量时，南海的高温高盐水能够侵入北部湾更北端，混合水团和湾西岸的低盐水团往北收缩。同时湾西岸的河口羽状区受径流量和季风的共同作用，例如冬季的东北季风把低盐水压缩在近岸而夏季西南季风有助于其离岸扩展。在深层，北部湾存在两个冷水团，生成于冬季，成长于春季，在夏季和秋季不断减弱并消失。冷水团主要受热通量作用，季风起次要作用。通过把开边界设置到珠江以东以及在琼州海峡内设置足够的分辨率，提出琼州海峡流的东西向分量的日振荡分量与季节性振荡分量相当，因此在冬季和夏季的某一天也有可能是东向流或西向流。但季节性平均来讲，琼州海峡流在春末至夏末为东向，在秋季至来年春季为西向，年平均通量为西向的0.1Sv（约为）。琼州海峡流主要受海峡两端水位差控制，局地风和潮汐余流则起次要作用。本文概括分析了北部湾上升流和暖池的特征及其生成机制，包括海南岛西岸，西南岸以及越南沿岸。上升流主要存在于夏季，其中海南岛西岸上升流受潮混合和热通量控制，西南季风起反作用；越南沿岸和海南岛西南岸近岸的上升流生成机制为西南季风引起的Ekman输运。从10月到来年1月，在东北季风垂向混合和潜热通量作用下，海南岛西岸为暖池控制。在日平均和月平均的风场和热通量强迫下，北部湾的环流和水团有较大差异，例如南部环流在月平均强迫下虽然基本结构变化不大，但强度比日平均有所增强，而且北部环流的基本结构有较大改变。因此，不同时间分辨率的风场和热通量强迫对北部湾环流和水团有重要影响。本文的研究成果有助于海洋生物地球化学，海洋渔业等学科在北部湾的进一步研究，同时对广西和海南近海的海洋环境保护有重要意义。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P731.2
【部分图文】：

北部湾,王道,夏季环流,综合调查

细网格分辨率（10 km），其指出北部湾的垂向平均环流从秋季和冬季的气旋式向春末和夏季的反气旋式环流转换。图1-2 北部湾夏季环流结构示意图（改绘图，箭头方向有意义），分别摘自中越合作北部湾海洋综合调查报告（1964），徐锡祯等（1982），夏华永等（2001），王道儒（1998），孙洪亮等（2001），杨士瑛等（2003）以及俎婷婷（2005）。图（a）中海南岛西岸的粉色南向流为中越调查报告（1964）结果，而黑色北向流为后期实测结果（王道儒

等值线图,北部湾,粉色,表层温度

岸侵入北部湾南部并占据了大片区域。当它侵入北部湾后，由于北部的沿岸水团A 和混合水团 B 的存在，该高温高盐水转成西向并从海南岛西南岸流出北部湾，从而形成了反气旋式环流（图3-10b）。在夏季，整个北部湾温度分布均匀，而且越南沿岸的高温北向流促使水团D消失，因此湾西部完全被低盐水团A占据。在夏季西南季风驱动下，湾西岸的低盐水团 A 呈离岸扩散趋势。在夏季的北部湾西岸，模式水团分布结果（图3-10b）与1960年代（图3-10d）有所差异，这是因为现场观测的温度和盐度都是在无风或者小风条件下进行的，而根据上文分析可知季风在北部湾的作用较显著。另外，当西南风松弛时，越南沿岸的上升流消失而红河羽状区的低盐水转为南向。图3-10 模型的2007年1月（a）和7月（b）的北部湾表层温度（彩色）和盐度（黑色和粉色等值线）分布。1964和1965年中国和越南联合调查的冬季（c）和夏季（d）水团分布

盐度,断面,温度

图3-11 908专项观测的温度（a, c, e）和盐度（b, d, f），其中（a）和（b）为2007年4月26号断面 J47-J51观测的温度和盐度，（c）和（d）代表4月29号断面 J71-J67观测的温度和盐度，（e）和（f）代表4月29日于断面 J76-B07观测的温度和盐度，图片来自于黄志达等（2008）。

【参考文献】