南海区域海洋模式适应性比较分析及改进

发布时间：2020-10-15 03:42

　　 中国南海地形复杂、石油资源丰富,在地理位置上有极大的战略价值。南海海域是一个地形复杂的半封闭海盆,受季风、黑潮等因素的作用南海呈现独特的中尺度变异特。中尺度现象不仅对于南海环流和温盐分布有重要影响而且对于生物海洋的研究也有重要影响。随着计算机性能和卫星观测数据的不算增加,海洋数值模式也不算改进和开发。多种海洋模式被用来模拟和研究南海区域的海洋环流和中尺度涡旋现象。不同海洋模式由于其参数化物理方案、坐标以及积分方案的不同对南海的模拟结果也有所区别。面对海洋模式的多样化和容易获取的特点,对比海洋模式对南海物理现象模拟的适应性成为目前研究的迫切问题。本文针对此问题对比了目前国际上比较流行的几个区域海洋环流模式(POM、ROMS、HYCOM)的特点,并选取其对南海涡旋个例的模拟结果进行分析,对比了三个海洋模式在南海区域的模拟效果,得到以下主要结论： (1)1月份气候态的模拟对比试验中,三个模式都模拟出了南海冬季的气旋式流场,但是POM和HYCOM模式的模拟结果中涡旋相对要多些。ROMS和HYCOM模式在吕宋海峡都有黑潮流套形式入侵南海,但是POM模式则没有出现黑潮流套。对温跃层的模拟HYCOM相比POM和ROMS更有优势,尤其是在地形变化陡峭的地方HYCOM的模拟结果更接近SODA的值。对于中低层的流场的模拟POM和ROMS模式的模拟过于强,而HYCOM模式的模拟则相对较好。 (2)通过2007年两个越南沿海涡旋个例的模拟结果发现：三个模式都模拟出了模式时间段内的南海大区域的环流情况,但是流场强度比OSCAR海表面流场强度要大。从模式模拟的SSHA的结果与卫星高度计的SSHA的结果的相关性分析可以发现：HYCOM模式在两个时间段的模拟过程中SSHA的平均相关性都在0.3以上。针对模拟个例时间段内的涡旋情况ROMS和HYCOM模式都模拟出了该时间段涡旋的存在,而POM模式则没有模拟出个例1时间段涡旋的存在。涡旋存在时间以及强度上分析ROMS和HYCOM模式模拟效果各有优劣。 对比三个模式的综合模拟结果发现HYCOM模式在南海区域的模拟具有一定的优势。因此利用HYCOM模式为基础分析了风应力对中尺度涡旋的生命周期以及强度的影响。风应力的参数化方案是区域海气耦合模式中海气动量交换的重要组成部分,本文对比了两种风应力参数化方案以及各自是否考虑海表流的影响对模拟结果的影响。在研究的基础上得到以下结论： (1) Wujun和Yelland and Taylor的两种风应力参数方案在风速较大的区域(风速大于17m/s)四个参数化计算方案的结果相差均比较大(均大于0.2N/m2);风速在4-16m/s区间的参数化方案风应力的计算结果比卫星观测的风应力计算结果相近(误差小于0.05N/m2)。如果将海表流对风应力的影响加入风应力参数化方案中,其模拟效果会有所改善。 (2)风应力对涡旋的形成时间以及涡旋的垂直深度有直接的影响。风应力的大小会影响涡旋存在的时间和涡旋的移动速度。针对越南沿海的涡旋个例分析表明：当风应力越大的时候涡旋表面的流场越大,涡旋的垂直深度则越深。垂向混合的强度则越大。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P731;P714
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 项目研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容
第2章 模式简介
    2.1 POM模式简介
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 垂向混合方案
        2.1.3 边界条件
        2.1.4 积分方案
    2.2 ROMS模式简介
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 垂向混合方案
        2.2.3 边界条件
        2.2.4 积分方案
    2.3 HYCOM模式简介
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 垂向混合方案
        2.3.3 垂向混合坐标
        2.3.4 边界条件
第3章 模式南海模拟效果对比
    3.1 实验设计及数据处理
    3.2 垂直分层对比
    3.3 气候态实验结果对比
        3.3.1 海面高度模拟对比
        3.3.2 温度场模拟对比
        3.3.3 盐度场模拟对比
        3.3.4 流场模拟对比
    3.4 个例1模拟结果对比
        3.4.1 个例介绍
        3.4.2 POM模拟结果对比分析
        3.4.3 ROMS模拟结果对比分析
        3.4.4 HYCOM模式结果分析
    3.5 个例2模拟结果对比
        3.5.1 个例介绍
        3.5.2 POM模拟结果对比
        3.5.3 ROMS模拟结果对比
        3.5.4 HYCOM模拟结果对比
    3.6 本章小结
第4章 海洋模式改进方案
    4.1 风应力计算方案对比
    4.2 实验方案设计及结果对比
第5章 风应力对涡旋形成的影响
    5.1 实验设计
    5.2 实验结果分析
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 本文创新点
    6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文及研究成果

【参考文献】

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本文编号：2841637