典型海洋中尺度涡旋特征分析研究
发布时间：2021-10-15 15:00
中尺度涡旋是海洋环流的重要组成部分,其空间尺度通常在几千米到几百千米,时间尺度在几周到几个月。作为连接大尺度运动与小尺度运动的纽带中尺度涡旋对海洋中的物质、能量、热量等的传播与混合起着重要作用,同时对海洋中多尺度的运动、海洋生态、大气环境、以及气候变化等都有着十分重要的影响。本论文从欧拉以及拉格朗日两个角度分别对南海中尺度涡旋以及阿古拉斯涡旋进行了研究。欧拉方法以及拉格朗日方法在中尺度涡旋的研究上各有利弊,欧拉方法更适合研究涡旋的短期特征而拉格朗日方法对长期存在的涡旋以及涡旋对水体输运的研究上远胜欧拉方法。我们首先用欧拉方法对南海中尺度涡旋进行了统计研究,后着重研究了南海偶极子,讨论了南海偶极子的可预报性并首次对其进行经验预报,然后讨论了ENSO对南海偶极子的影响;接着介绍了拉格朗日非线性动力系统理论以及方法,并且将其应用在阿古拉斯涡旋的研究上,发现阿古拉斯涡旋并不像过去人们认为的那样携带高温高盐的阿古拉斯洋流水体横跨大西洋,能够跨越大西洋的阿古拉斯涡旋只携带了很少一部分的阿古拉斯洋流水体,其携带的大部分水体都来自于大西洋。同时针对阿古拉斯涡旋个例的研究表明作为超级连贯涡旋的阿古拉斯涡...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)山东省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
南海地形
（EOF）分解方法。经验正交函数分解方法能够有效地分析出矩阵数据的结构特征，提取主要数据特征量，它能够将随时间变化的时空场分解为不随时间变化的空间场以及与空间场对应的只依赖于时间变化的时间函数，因此经常被应用在时空分析上。图 2.11显示了对南海偶极子所在区域（106°E-116°E, 6°N-18°N）的海表面高度异常（SLA）数据进行 EOF 分解的结果，图示为 EOF 前三个模态的空间分布，这三个模态共同诠释了整个时空场 66.7%的特征。从各个模态的空间分布可以看到，第一模态以及第二模态共同反映了南海海盆尺度的变化，第三模态则可以看到清晰的偶极子结构，因此我们称之为偶极子模态。虽然除了这三个主要模态外，其他 EOF 模态也可能包含了部分偶极子的信息，但是相比前三个模态，其占的比重要少很多，而其对应的时间序列又比这三个模态对应的时间序列复杂很多，周期性较弱，因此，我们仅取前三个模态用作偶极子的预报。
图 2.13 1993 年到 1996 年从偶极子指针指示的产生日期（第一列）到指针指示的消失日期（最后一列）的海表面高度异常分布。每行的抬头写明了偶极子指针指示的产生、消失日期以及指针指示的偶极子强度。（摘自 Xia et al., 2017）Figure 2.13 Inter-annual variability of the dipole life cycle characteristics from 1993 to 1996.Each row represents the evolution of the SLA from the dipole start date to the end date in eachyear. The title shows the start date, the lifetime, the strength, and the end date of the dipoledetected by the dipole index. (Adapted from Xia et al., 2017)更多年份的比对结果可以在图 2.14 以及表 2.1 中看到。从图 2.14 中可以看到偶极子平均在每年七月份产生，在九月份达到最强，然后在十一月份消失。前面已经提到偶极子结构受季风影响较大。风应力旋度的强度对偶极子的产生以及维持起到了相当重要的作用。从图 2.14 中可以看到在 1995 年，1998 年，2006 年，2007 年，2008 年以及 2010 年都没有偶极子出现，我们将这归因于夏季风异常导致的离岸射流的北移以及暖涡占据整个海盆所致(Chen and Wang
【参考文献】：
期刊论文
[1]Automatic detection of oceanic mesoscale eddies in the South China Sea[J]. 夏琼,申辉. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2015(05)
[2]东亚夏季风和ENSO关系的不稳定性（英文）[J]. 王会军. Advances in Atmospheric Sciences. 2002(01)
本文编号：3438169
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)山东省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
南海地形
（EOF）分解方法。经验正交函数分解方法能够有效地分析出矩阵数据的结构特征，提取主要数据特征量，它能够将随时间变化的时空场分解为不随时间变化的空间场以及与空间场对应的只依赖于时间变化的时间函数，因此经常被应用在时空分析上。图 2.11显示了对南海偶极子所在区域（106°E-116°E, 6°N-18°N）的海表面高度异常（SLA）数据进行 EOF 分解的结果，图示为 EOF 前三个模态的空间分布，这三个模态共同诠释了整个时空场 66.7%的特征。从各个模态的空间分布可以看到，第一模态以及第二模态共同反映了南海海盆尺度的变化，第三模态则可以看到清晰的偶极子结构，因此我们称之为偶极子模态。虽然除了这三个主要模态外，其他 EOF 模态也可能包含了部分偶极子的信息，但是相比前三个模态，其占的比重要少很多，而其对应的时间序列又比这三个模态对应的时间序列复杂很多，周期性较弱，因此，我们仅取前三个模态用作偶极子的预报。
图 2.13 1993 年到 1996 年从偶极子指针指示的产生日期（第一列）到指针指示的消失日期（最后一列）的海表面高度异常分布。每行的抬头写明了偶极子指针指示的产生、消失日期以及指针指示的偶极子强度。（摘自 Xia et al., 2017）Figure 2.13 Inter-annual variability of the dipole life cycle characteristics from 1993 to 1996.Each row represents the evolution of the SLA from the dipole start date to the end date in eachyear. The title shows the start date, the lifetime, the strength, and the end date of the dipoledetected by the dipole index. (Adapted from Xia et al., 2017)更多年份的比对结果可以在图 2.14 以及表 2.1 中看到。从图 2.14 中可以看到偶极子平均在每年七月份产生，在九月份达到最强，然后在十一月份消失。前面已经提到偶极子结构受季风影响较大。风应力旋度的强度对偶极子的产生以及维持起到了相当重要的作用。从图 2.14 中可以看到在 1995 年，1998 年，2006 年，2007 年，2008 年以及 2010 年都没有偶极子出现，我们将这归因于夏季风异常导致的离岸射流的北移以及暖涡占据整个海盆所致(Chen and Wang
【参考文献】：
期刊论文
[1]Automatic detection of oceanic mesoscale eddies in the South China Sea[J]. 夏琼,申辉. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2015(05)
[2]东亚夏季风和ENSO关系的不稳定性（英文）[J]. 王会军. Advances in Atmospheric Sciences. 2002(01)
本文编号：3438169
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