连云港沿岸次中尺度现象的特征分析
发布时间：2021-06-11 03:27
次中尺度过程是现阶段物理海洋中热点研究问题,显著影响着海洋环流和营养盐分布结构,对理解海洋垂向输运、能量串级和生物化学过程起着重要作用。现阶段对于沿岸次中尺度过程的观测和研究仍存在不足,包括观测精度和覆盖率不够等。因此,研究沿岸次中尺度现象,获取其结构特征和演化规律,增进对沿岸次中尺度过程的研究,进而对沿岸航运管理和渔业资源规划起着重要作用。本文主要利用连云港沿岸2017年6月至2019年3月高频地波雷达数据和MODIS颜色指数（Color index,简称CI）图像对沿岸次中尺度信号进行特征提取,研究沿岸次中尺度涡旋结构变化特征。高频地波雷达数据高时空分辨率分别为约3 km和20 min,能够捕捉得到流场中完整的次中尺度涡旋特征;MODIS CI图像具有高空间分辨率（约500 m）和高空间覆盖率,能够弥补高频地波雷达观测区域有限的限制。对于高频地波雷达流场数据,采用基于向量几何（Vector geometry,简称VG）的涡旋探测算法识别流场中涡旋中心和边界结构;对于空间分辨率为500 m的MODIS CI图像,构建CI梯度参数利用VG涡旋探测算法提取次中尺度信号。除此以外,利用RO...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
从行星尺度强迫到小尺度耗散混合的海洋环流示意图[1]
第一章绪论5图1-22011年4月5日叶绿素GOCI图像，白色方框内存在着丰富的海洋次中尺度现象[33]3）湍流热成风混合层不稳定和锋生作用都是在守恒流场框架下的理论，而海洋表层总是存在的非守恒的湍流。在分析复杂流场的锋面和涡丝时，很难区分到底是由于混合层不稳定还是锋生作用。在这种非守恒条件下的流场表现出一种近似线性动量平衡，即湍流热成风结构（turbulentthermalwind，简称TTW）和不可压缩质量平衡。TTW可以被简化认为是地转、静力（热成风）平衡且埃克曼边界层平衡的复合生成机制。已有相关研究[34,35]利用数值模拟针对此机制具体分析对次中尺度过程的影响。4）地形因素诱发的尾流尾流（水平流场通过垂直圆柱体产生的现象）通常发生在流体动力过程中。当雷诺数足够大时，尾流在薄湍流边界层处产生垂向涡。在海洋中有所不同，由于旋转和层结的存在，罗斯贝数和弗劳德数不大，尾流和它的演化由于均匀层化和边界的存在更多的是三维过程。边界在沿岸可能仅仅是底部。在理想旋转层结模拟中当雷诺数大时侧边界层和尾流剪切层很薄，所以这种现象被认为是次中尺度环流。Liu等[36]用三维数值模拟（水平尺度~7km）评估了黑潮区域格林岛附近次中尺度岛后尾流生成过程。该岛后尾流表现出按序再分层特征，即冷水上涌，通过平流向岛后流动，形成沿着黑潮振荡的岛后尾流。不同于传统岛后尾流，这种涡应力特征受到惯性不稳定和正压不稳定控制。惯性不稳定具有很大的生长速率并且会使反气旋再循环不稳定。正压不稳定是在下游生成涡动能的次级环流。同时，他们用数值模拟表明岛后尾流处湍流混合主要发生在自由剪切层，由于受到岛架效应和垂直涡度倾斜引起的垂直剪切不稳定[37]。
第二章数据介绍、方法及数值模式介绍9第二章数据、方法及数值模式介绍2.1观测数据2.1.1高频地波雷达现场观测数据高频地波雷达架设在中国黄海靠近连云港沿岸区域，提供二维矢量场信息。该数据空间覆盖范围为119.64°-120.63°E，34.38°-34.98°N，时间范围为2017年6月至2019年3月，空间分辨率为0.03°（~3km），时间分辨率为20min。高频地波雷达观测覆盖区域见图2-1，该区域水深变化为1-33m。图2-1（a）连云港沿岸谷歌卫星地图：伪彩图为MODIS卫星CI图像，黑色实线区域为高频地波雷达区域（90.8km66.7km）；（b）高频地波雷达观测区域水深图（单位：m），黑色实线为等深线，分别对应3、10和20m等深线，黑色点为高频地波雷达观测得到的矢量点，高频地波雷达架设位置为绿色三角形位置
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑潮流区次中尺度热量输运特征——以2013年1月模拟结果为例[J]. 吴迪茜,董济海,陈智杰. 海洋科学. 2019(09)
[2]Spatial-temporal variability of submesoscale currents in the South China Sea[J]. LI Jianing,DONG Jihai,YANG Qingxuan,ZHANG Xu. Journal of Oceanology and Limnology. 2019(02)
[3]高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的研发[J]. 董昌明,王庆业,陈旭,廖光洪,董济海. 中国基础科学. 2017(05)
[4]南海北部次中尺度过程数值研究[J]. 罗士浩,经志友,齐义泉,谢强. 热带海洋学报. 2016(05)
博士论文
[1]黑潮延伸体多尺度相互作用及其涡动能年代际、季节变化的动力机制[D]. 杨洋.南京信息工程大学 2017
[2]南海北部以及吕宋海峡次级中尺度动力过程数值模拟研究[D]. 刘国强.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2012
硕士论文
[1]琼东锋面混合特征及其参数化研究[D]. 杨春花.广东海洋大学 2018
[2]琼东区域海洋锋面的次中尺度过程[D]. 曹智勇.广东海洋大学 2016
本文编号：3223712
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
从行星尺度强迫到小尺度耗散混合的海洋环流示意图[1]
第一章绪论5图1-22011年4月5日叶绿素GOCI图像，白色方框内存在着丰富的海洋次中尺度现象[33]3）湍流热成风混合层不稳定和锋生作用都是在守恒流场框架下的理论，而海洋表层总是存在的非守恒的湍流。在分析复杂流场的锋面和涡丝时，很难区分到底是由于混合层不稳定还是锋生作用。在这种非守恒条件下的流场表现出一种近似线性动量平衡，即湍流热成风结构（turbulentthermalwind，简称TTW）和不可压缩质量平衡。TTW可以被简化认为是地转、静力（热成风）平衡且埃克曼边界层平衡的复合生成机制。已有相关研究[34,35]利用数值模拟针对此机制具体分析对次中尺度过程的影响。4）地形因素诱发的尾流尾流（水平流场通过垂直圆柱体产生的现象）通常发生在流体动力过程中。当雷诺数足够大时，尾流在薄湍流边界层处产生垂向涡。在海洋中有所不同，由于旋转和层结的存在，罗斯贝数和弗劳德数不大，尾流和它的演化由于均匀层化和边界的存在更多的是三维过程。边界在沿岸可能仅仅是底部。在理想旋转层结模拟中当雷诺数大时侧边界层和尾流剪切层很薄，所以这种现象被认为是次中尺度环流。Liu等[36]用三维数值模拟（水平尺度~7km）评估了黑潮区域格林岛附近次中尺度岛后尾流生成过程。该岛后尾流表现出按序再分层特征，即冷水上涌，通过平流向岛后流动，形成沿着黑潮振荡的岛后尾流。不同于传统岛后尾流，这种涡应力特征受到惯性不稳定和正压不稳定控制。惯性不稳定具有很大的生长速率并且会使反气旋再循环不稳定。正压不稳定是在下游生成涡动能的次级环流。同时，他们用数值模拟表明岛后尾流处湍流混合主要发生在自由剪切层，由于受到岛架效应和垂直涡度倾斜引起的垂直剪切不稳定[37]。
第二章数据介绍、方法及数值模式介绍9第二章数据、方法及数值模式介绍2.1观测数据2.1.1高频地波雷达现场观测数据高频地波雷达架设在中国黄海靠近连云港沿岸区域，提供二维矢量场信息。该数据空间覆盖范围为119.64°-120.63°E，34.38°-34.98°N，时间范围为2017年6月至2019年3月，空间分辨率为0.03°（~3km），时间分辨率为20min。高频地波雷达观测覆盖区域见图2-1，该区域水深变化为1-33m。图2-1（a）连云港沿岸谷歌卫星地图：伪彩图为MODIS卫星CI图像，黑色实线区域为高频地波雷达区域（90.8km66.7km）；（b）高频地波雷达观测区域水深图（单位：m），黑色实线为等深线，分别对应3、10和20m等深线，黑色点为高频地波雷达观测得到的矢量点，高频地波雷达架设位置为绿色三角形位置
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑潮流区次中尺度热量输运特征——以2013年1月模拟结果为例[J]. 吴迪茜,董济海,陈智杰. 海洋科学. 2019(09)
[2]Spatial-temporal variability of submesoscale currents in the South China Sea[J]. LI Jianing,DONG Jihai,YANG Qingxuan,ZHANG Xu. Journal of Oceanology and Limnology. 2019(02)
[3]高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的研发[J]. 董昌明,王庆业,陈旭,廖光洪,董济海. 中国基础科学. 2017(05)
[4]南海北部次中尺度过程数值研究[J]. 罗士浩,经志友,齐义泉,谢强. 热带海洋学报. 2016(05)
博士论文
[1]黑潮延伸体多尺度相互作用及其涡动能年代际、季节变化的动力机制[D]. 杨洋.南京信息工程大学 2017
[2]南海北部以及吕宋海峡次级中尺度动力过程数值模拟研究[D]. 刘国强.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2012
硕士论文
[1]琼东锋面混合特征及其参数化研究[D]. 杨春花.广东海洋大学 2018
[2]琼东区域海洋锋面的次中尺度过程[D]. 曹智勇.广东海洋大学 2016
本文编号：3223712
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