南海北部中尺度涡的数值模拟及个例预报研究

发布时间：2017-12-18 18:39

  本文关键词：南海北部中尺度涡的数值模拟及个例预报研究

  更多相关文章： 中尺度涡 数值模拟 集合最优插值 水平混合 个例预报

【摘要】：南海由于受季风、黑潮以及复杂地形条件的综合影响,中尺度涡过程十分活跃。包括吕宋海峡、台湾西南、东沙群岛、西沙群岛和中沙群岛周边在内的南海北部海域是南海中尺度涡的主要生成、传播及消亡区,同时也是水平涡动混合的强烈区。针对该海域,以往的研究所采用的数值模式分辨率多为1/10?或1/12?,不能较好地分辨吕宋海峡内的主要岛屿分布,也无法准确模拟海峡南部流场;同时缺乏对模式水平混合参数化方案的敏感性试验以及模式对南海北部中尺度涡个例预报的定量评估。因此,本文基于改进的南海1/30?分辨率海洋模式系统,从数据同化、水平混合参数化方案以及个例预报几个方面对南海北部的中尺度涡展开了系统地模拟研究。首先,本文将南海1/30?高分辨率海洋模式系统模拟的气候态海表面高度异常场、气候态表层流场、以及中尺度涡强盛时期的SST场分别与实际观测结果进行了对比,验证了模式本身具备对南海中尺度涡的模拟能力。鉴于模式模拟的部分中尺度涡与实际观测到的中尺度涡在时空上较难保持同步,所以我们使用集合最优插值(EnOI)同化方法同化了AVISO海表面高度异常沿轨观测数据(TSLA),成功地将实际观测的中尺度涡信号引入到模式当中。通过为期两年的持续同化后报实验,模式再现了2013年冬季生成于台湾西南海域的一对冷涡和暖涡过程。对其结构分析发现:1)该冷、暖涡的流速结构存在不对称性,暖涡和冷涡相邻的一侧流场强度明显偏强,对应较强的水平流速切变;2)对于成熟时期的冷涡和暖涡,其三维流速结构的轴心在垂向上存在倾斜。这些特征与相同时期南海中尺度涡观测实验的结果比较接近。说明只同化TSLA观测数据,模式不仅能够很好地再现中尺度涡的生消演变过程,而且对其三维流速和温盐结构特征也具有一定的模拟能力。此外,通过模式结果的分析还发现该暖涡是由黑潮入侵南海的流套脱离形成,而冷涡是由于台湾海峡附近离岸输运增强和暖涡边缘较强的气旋式流速切变共同作用的结果。其次,本文又分别采用ROMS中不同的水平混合参数化方案对中尺度涡进行了模拟。通过对敏感性实验结果的分析发现:1)同一种水平黏性方案沿等位势面和等S面对中尺度涡生成、传播以及消亡的影响较小,而Laplacian型与Biharmonic型水平混合方案对中尺度涡模拟的影响具有显著差异;2)Biharmonic型水平混合方案更有利于台湾西南海域暖涡的生成,其原因是吕宋海峡北部反气旋式流速切变增强导致的;3)Biharmonic型水平混合方案下的暖涡移动速度大于Laplacian型水平混合方案,暖涡整体移动路径偏向水深较浅的西北一侧;而不同水平混合方案对于冷涡传播的影响相对较小。4)Biharmonic型水平混合方案改善了模式对于中尺度涡消亡过程的模拟效果,使得向西传播的暖涡个例在西沙群岛周边消亡,冷涡个例在中沙群岛周边消亡,消亡形式和消亡速度与实际观测更为接近。5)通过对中尺度涡活跃区域的各混合项量级的分析认为:Laplacian型水平混合方案对水平混合的模拟偏大是导致其中尺度涡能量衰减缓慢以及消亡过程延长的原因。最后,基于同化后的初始场对模式预报中尺度涡的生成和传播能力进行了定量地评估。中尺度涡生成实验的结果显示:模式能够从一定程度上预报中尺度涡的生成和发展,但是对暖涡强度的预报明显强于观测结果。中尺度涡传播实验的结果显示:模式对南海东北部的中尺度涡传播的预报能力与中尺度涡的强度有关,具体是模式对较强的暖涡传播的预报能力可达20天左右,对较弱的暖涡传播的预报能力仅为几天。此外,通过对比不同指标发现:距平相关系数比均方根误差更适合检验模式对中尺度涡的预报能力。
【学位授予单位】：国家海洋环境预报中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P731.3

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韩玉康;周林;吴炎成;;基于HYCOM的南海中尺度涡数值模拟[J];海洋通报;2016年03期

2 XIA Changshui;JUNG Kyung Tae;WANG Guansuo;YIN Xunqiang;GUO Jingsong;;Case study on the three-dimensional structure of meso-scale eddy in the South China Sea based on a high-resolution model[J];Acta Oceanologica Sinica;2016年02期

3 黄亚文;华丽娟;钟霖浩;冯士德;;南海中尺度涡旋的统计特征（英文）[J];中国科学院大学学报;2016年01期

4 崔凤娟;匡晓迪;王玉;;南海中尺度涡年际变化特征及动力机制分析[J];海洋与湖沼;2015年03期

5 LIU Changjian;DU Yan;ZHUANG Wei;XIA Huayong;XIE Qiang;;Evolution and propagation of a mesoscale eddy in the northern South China Sea during winter[J];Acta Oceanologica Sinica;2013年07期

6 尚晓东;徐驰;陈桂英;练树民;;海洋中尺度涡的机械能及其源汇研究[J];热带海洋学报;2013年02期

7 林夏艳;管玉平;刘宇;;2000年秋季东沙冷涡的三维结构及其演化过程[J];热带海洋学报;2013年02期

8 林宏阳;胡建宇;郑全安;;南海及西北太平洋卫星高度计资料分析:海洋中尺度涡统计特征[J];台湾海峡;2012年01期

9 ;Seasonal variation of eddy kinetic energy in the South China Sea[J];Acta Oceanologica Sinica;2012年01期

10 庄伟;杜岩;王东晓;谢强;谢尚平;;Pathways of mesoscale variability in the South China Sea[J];Chinese Journal of Oceanology and Limnology;2010年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王大奎;南海中尺度涡涡动动能和涡致热量输运特征的数值模拟研究[D];中国海洋大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 吴力川;南海区域海洋模式适应性比较分析及改进[D];武汉理工大学;2013年

，

本文编号：1305227