風場等外部強迫對東中國海海洋物理環(huán)境的影響.pdf

1、本文從東中國海的實際海洋物理環(huán)境出發(fā)，通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)值實驗等方法對風場與其他外部強迫對東中國海的聯(lián)合作用進行了機制探討，并從能量級聯(lián)的角度初步解釋了風場如何通過能量傳遞的方式控制該海域的環(huán)流。 首先對海溫觀測資料和風場、波浪場等衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行處理，并通過它們之間的對比研究了東中國海溫度結(jié)構(gòu)對風場和浪場結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。冬季由于風速較大，東中國海的大多數(shù)海域混合充分，等溫線幾乎垂直于海底；溫度的水平結(jié)構(gòu)受水深影響顯著，在弱平流及弱上升流

2、的海區(qū)幾乎都受到“一維熱慣性機制”的控制。夏季東中國大多數(shù)海域出現(xiàn)溫躍層，其上層的混合過程主要受風場控制，混合層深度與海面風場的強弱有很好的對應(yīng)關(guān)系：但近岸及水深較淺的海域大都滿足“一維熱慣性機制”，甚至在某些有溫躍層產(chǎn)生的深水，水深仍然對混合層深度有影響。無論冬季還是夏季，大風天氣造成的冷卻降溫都是明顯的。冬季大風在垂直方向使得整個水體繼續(xù)冷卻，水平方向由于混合增強，會使溫度鋒強度減弱：夏季大風在表面造成的冷卻和強混合破壞了躍層結(jié)構(gòu)，

3、使混合層加深，同時減小了表層海水和底層海水之間的溫度差。 其次，通過數(shù)值實驗研究了風場和外洋強迫一黑潮對東中國海環(huán)流結(jié)構(gòu)尤其是黃海暖流及其季節(jié)變化的作用機制。黃東海的主要環(huán)流系統(tǒng)由海表面風場和外洋強迫共同控制。黑潮的對馬分支驅(qū)動出向南的朝鮮沿岸流，由此產(chǎn)生的黃海海區(qū)南北壓力差及質(zhì)量守恒約束誘生出向北流動的黃海暖流來補償，這部分流量約占黃海暖流年平均流量的2/3；同時受季風控制的蘇北沿岸流也會驅(qū)動出向北的暖流，這部分流量約占黃海暖

4、流年平均流量的1/3。黃海暖流的季節(jié)變化主要由季風控制。冬季，西北風造成蘇北沿岸流向南的水體輸運，同時也增加了朝鮮沿岸流的流量，二者共同造成大量向北的水體輸運，補償作用導致較強的黃海暖流出現(xiàn)；夏季，雖然朝鮮沿岸流仍然流向南，但東南風使蘇北沿岸流流向北，二者有部分流量相抵消，使得南北壓力差遠小于冬季，因此黃海暖流很微弱甚至觀察不到。 最后從能量傳遞的角度探討了風能量如何影響環(huán)流。在有限水深的情況下推導了淺海Ekman波的理論解，并

5、在實測資料中進行了應(yīng)用。風通過Ekman運動輸送給東中國海的能量能夠從表層向深層傳遞，向下傳遞的速度大約為0.0022m/s；風應(yīng)力相同的情況下，水越淺，表面向下傳遞的能通量越少；能量向下傳遞的過程中，振幅呈e指數(shù)衰減，其中近慣性頻率能量的衰減程度最小，能夠作用于深層混合的能量大部分都位于近慣性頻率。風在不同季節(jié)向海洋輸入能量的大小不僅與風速大小有關(guān)，還與風的旋轉(zhuǎn)性有關(guān)，旋轉(zhuǎn)性強的風場向海洋輸送的能量更多；使用截斷頻率為0.5cpd的Q

6、SCAT資料，經(jīng)過訂正計算出冬季風場通過Ekman運動向東中國海平均輸送約2.5GW(1GW=109W)的能量；夏季平均輸送約4.3GW的能量；風通過表層Ekman運動向東中國海輸入的能量中超過1/2都能到達混合層底，約為2.36GW，對溫躍層結(jié)構(gòu)的維系起重要的作用。 風通過Ekman運動向淺海輸送的能量通過湍動能的形式參與到混合當中，其中大約15％能夠轉(zhuǎn)化為重力位能；風場異常導致重力位能異常，進一步出現(xiàn)環(huán)流異常，由此建立了小尺