南海北部環(huán)流和陸架陷波研究.pdf

1、陸架海區(qū)資源豐富，與人類生活和經(jīng)濟開發(fā)關(guān)系密切，研究陸架海區(qū)的環(huán)流對于更好的開發(fā)和利用陸架淺海資源具有重要的意義。南海北部陸架海區(qū)的環(huán)流對于近岸低鹽水、泥沙和污染物在南海北部海域的輸運以及生態(tài)環(huán)境都有重要的影響。南海北部陸架淺海的環(huán)流已有很多的研究成果，然而夏季粵西沿岸流、瓊州海峽流和北部灣環(huán)流這一環(huán)流系統(tǒng)的動力機制和相互關(guān)系還存在一些爭議，冬季對于南海北部逆風(fēng)流的驅(qū)動機制也沒有完全達(dá)成共識。陸架陷波一般具有幾天的周期，對于陸架區(qū)的環(huán)流

2、有重要的作用，而南海北部的臺風(fēng)等極端天氣過程較為頻繁，對于極端天氣過程激發(fā)的短時間尺度的陸架陷波等動力過程對環(huán)流和水交換貢獻的研究目前來講比較少。因此本文在分析觀測資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合高分辨率的三維斜壓數(shù)值模型，并進行一系列數(shù)值敏感性試驗，研究了夏季粵西沿岸流、瓊州海峽流和北部灣環(huán)流系統(tǒng)的變化特征、相互關(guān)系及其影響因素。探討了冬季東北風(fēng)持續(xù)吹刮和減弱期間，南海北部陸架上東北向逆風(fēng)流的主要動力過程。指出了采用sigma坐標(biāo)的數(shù)值模型在陸坡海

3、域模擬南海暖流時可能存在的問題，并提出了針對模型的改善方案。本文還初步探討了南海北部臺風(fēng)過程和寒潮大風(fēng)激發(fā)的陸架陷波的基本特征和傳播規(guī)律。主要取得了以下創(chuàng)新性成果:
　　1.分析了北部灣長時間序列的錨系海流觀測，發(fā)現(xiàn)夏季低頻海流不完全受季風(fēng)控制，并基于一個全球大區(qū)域嵌套北部灣小區(qū)域的模型對北部灣夏季環(huán)流機制進行了研究。冬季和夏季北部灣北部都存在一個氣旋型環(huán)流，冬季北部灣環(huán)流結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)風(fēng)生環(huán)流理論提出的氣旋型環(huán)流相一致，而夏季北部灣

4、北部單點海流站觀測的低頻流主要以西北向或西向為主，這與傳統(tǒng)風(fēng)生正壓流理論的結(jié)構(gòu)相反。夏季北部灣氣旋型環(huán)流由潮流非線性作用和風(fēng)生斜壓流共同驅(qū)動。本文研究了紅河沖淡水對北部灣環(huán)流的影響，并分析了夏季西南季風(fēng)和紅河沖淡水的聯(lián)合效應(yīng)對北部灣北部氣旋式環(huán)流的作用。紅河沖淡水對北部灣夏季環(huán)流作用非常顯著，由于北部灣北部海域地形相對比較平坦，當(dāng)夏季西南季風(fēng)較強時，一部分紅河沖淡水會氣旋式偏轉(zhuǎn)，使表層的氣旋型環(huán)流得到加強。
　　2.構(gòu)建了一個針對

5、南海北部陸架淺海的高分辨三維斜壓環(huán)流模型，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)的描述和分析了粵西沿岸流-瓊州海峽流-北部灣環(huán)流系統(tǒng)的特征和相互關(guān)系。通過敏感性數(shù)值試驗揭示了夏季粵西西南向沿岸流和瓊州海峽西向流的動力機制和影響因子:珠江沖淡水在夏季粵西西南向沿岸流的形成和發(fā)展中起非常重要的作用;粵西西南向沿岸流處于一個地轉(zhuǎn)平衡，在跨越陸架方向上，正壓梯度力和斜壓梯度力與科氏力相平衡，海流除了對水位變化的正壓響應(yīng)比較顯著以外，對海表面浮力強迫的斜壓響應(yīng)同樣對西

6、南向沿岸流的形成有非常重要的貢獻;粵西西南向沿岸流對瓊州海峽西向流的貢獻不容忽視，但不是主要的驅(qū)動機制。
　　3.揭示了冬季東北風(fēng)松弛期間，南海北部陸架上間歇出現(xiàn)的東北向逆風(fēng)流的動力過程:季風(fēng)松弛過程中，陸架上出現(xiàn)的間歇性逆風(fēng)流以正壓流為主導(dǎo);在東北風(fēng)減弱的前幾天內(nèi)，沿陸架方向指向東北的壓強梯度力為東北向逆風(fēng)流提供初始的驅(qū)動力，隨著陸架上水位的調(diào)整，東北向逆風(fēng)流向地轉(zhuǎn)平衡逐漸調(diào)整過渡，并達(dá)到穩(wěn)定，此時跨越陸架方向上的壓強梯度力是維

7、持東北向逆風(fēng)流的主要機制。我們還指出，冬季季風(fēng)減弱期間，南海北部西南向沿岸流和西南向陸坡流能夠影響陸架上水位的分布和調(diào)整，進而對于東北向逆風(fēng)流的出現(xiàn)有所貢獻。
　　4.當(dāng)臺風(fēng)從西太平洋向西移行進入南海時，在南海北部沿岸形成西南向的風(fēng)，沿岸風(fēng)驅(qū)動向岸的Ekman輸運，引發(fā)沿岸增水，形成陸架陷波的“波源”，然后沿著南海北部近岸海域向西南傳播。其中一部分穿過瓊州海峽后繼續(xù)向西傳播，而另一支被海南島俘獲，并繞島逆時針運動形成繞島波。波動的