中尺度涡旋的统计特征及其温盐场的反演方法研究

论文摘要

中尺度涡旋在全球海洋中普遍存在,作为海洋中重要的物理过程之一,其统计特征和垂向结构是近年来海内外学者们研究的重点。中尺度涡旋对海洋当中的动力过程、能量物质输运、以及一些生物化学过程都起着十分关键的作用,进而影响着大洋环流以及温度、盐度的水平和垂直分布特征。因此,中尺度涡旋具有非常高的研究和应用价值,它不仅体现在海洋动力学等理论研究中,还体现在国防军事等实际应用中。基于三个独立的中尺度涡旋数据集,我们提取并统计了1993-2018年全球海洋的中尺度涡旋,详细分析了它们的统计特征,对不同区域的中尺度涡旋基本特征进行了对比;利用四种概率密度函数对涡旋的振幅、半径、旋转速度和罗斯贝数的分布直方图进行拟合,发现对数正态分布能更好的描述涡旋特征的概率分布。在此基础上,以南海北部至吕宋海峡东侧海区为例,结合多年的历史温盐剖面现场观测数据和卫星遥感得到的海面温度（SST）、海面高度（SSH）数据,对三维海洋温盐场进行了扩展,利用观测数据检验了扩展温盐场的可靠性和有效性,并通过三维温度场的结构特征及变化刻画了海面以下的中尺度涡旋特征。首先,本文给出了全球海洋中尺度涡旋的振幅、半径、旋转速度和罗斯贝数的分布直方图和四个概率密度函数的拟合曲线。对数正态分布的拟合均方根误差最小,是最符合全球海洋中尺度涡旋特征的分布函数,且拟合结果与涡旋数据集的选择无关。之后,通过分析各个大洋中尺度涡旋的特征,我们得到了与全球海洋相似的结果。中尺度涡旋特征的分布均很好地服从于对数正态分布,但不同大洋的拟合均方根误差具有明显的差异。进一步,本文分析了四个涡旋活跃区域中尺度涡旋的统计特征,不同于大洋区域,这些活跃区域的涡旋特征值明显增大,气旋涡和反气旋涡之间的差异也更加明显。这些结果体现出了显著的区域性特征,其可能与所研究区域的背景流场、层结和斜压不稳定有关,而对数正态分布仍然是拟合活跃区域中涡旋特征分布的最佳函数,且该区域的拟合均方根误差明显降低。说明对数正态分布对不同海区中尺度涡旋特征的拟合均方根误差与涡旋的活跃程度有关,在涡旋更加活跃的区域,拟合均方根误差最小,拟合效果也更好。此外,以STCC区域为例,本文详细分析了中尺度涡旋特征的空间分布、移动特征、季节变化以及年际变化,得到的结果基本与已有的研究成果一致。为了更好的认识海表面以下的中尺度涡旋特征,我们选取了南海北部至吕宋海峡东侧海区的历史温盐剖面数据,利用回归统计分析的方法,构建了海面温度异常、海面高度异常联合反演温度剖面的经验回归模型,进而采用卫星遥感SST和SSH数据反演得到了该区域时间分辨率为天,空间分辨率为0.25°×0.25°的扩展温度场。此外,利用同样的方法建立由温度反演盐度的经验回归模型,反演得到了该区域的扩展盐度场。通过与近30年来南海北部至吕宋海峡东侧海区实测数据的对比研究,结果表明反演得到的扩展温度剖面的月平均均方根误差普遍小于1.0°C,其中温跃层附近的误差较大,最大值达到1.55°C;反演得到的扩展盐度剖面的月平均均方根误差普遍小于0.25 psu,在夏季海面附近较大,达到0.7 psu左右;反演得到的单个观测站点的温盐剖面同样与实际观测结果相近。此外,反演得到的扩展温度场能够清晰地反映出海洋断面温度场的垂直结构和其中的中尺度涡旋特征,并且准确地展示了某一观测区域在吕宋暖涡影响下其三维温度场的结构和变化特征。

论文目录

摘要

abstract

第1章绪论

1.1 中尺度涡旋的研究背景

1.2 中尺度涡旋的研究进展

1.2.1 基于现场观测资料的涡旋研究

1.2.2 基于卫星高度计资料的涡旋研究

1.2.3 典型区域的中尺度涡旋研究

1.2.4 中尺度涡旋的垂向结构研究

1.3 利用海面信息反演三维温度剖面的研究

1.4 问题的提出和本文研究的内容

第2章全球海洋中尺度涡旋的统计特征

2.1 前言

2.2 数据资料和研究方法

2.2.1 卫星高度计资料

2.2.2 涡旋数据集

2.2.3 涡旋部分统计特征的计算方法

2.3 全球海洋中尺度涡旋的统计特征

2.3.1 涡旋的基本特征

2.3.2 涡旋特征的分布规律

2.4 各个大洋中尺度涡旋的统计特征

2.4.1 涡旋的基本特征

2.4.2 涡旋特征的分布规律

2.5 涡旋活跃区域中尺度涡旋的统计特征

2.5.1 涡旋的基本特征

2.5.2 涡旋特征的分布规律

2.6 STCC区域中尺度涡旋的时空分布及变化特征

2.6.1 涡旋的空间分布及传播特征

2.6.2 涡旋的季节变化及年际变化

2.7 小结

第3章利用卫星资料反演三维海洋温盐场

3.1 前言

3.2 数据资料和研究方法

3.2.1 历史温盐剖面观测资料的收集和处理

3.2.2 GTSPP数据集

3.2.3 Argo数据集

3.2.4 WOA13 气候态温盐资料

3.2.5 卫星遥感SST、SSH资料

3.2.6 最优插值法

3.2.7 SST和 SSH联合反演三维温度场的经验回归模型

3.2.8 温度反演盐度的经验回归模型

3.3 南海北部至吕宋海峡东侧海区气候态三维温盐场构建

3.3.1 气候态三维温度场

3.3.2 气候态三维盐度场

3.4 南海北部至吕宋海峡东侧海区三维温盐场扩展

3.4.1 扩展温度场的统计检验

3.4.2 扩展盐度场的统计检验

3.4.3 扩展温盐场的个例检验

3.5 温度断面的反演个例

3.6 吕宋暖涡过程中的温度场反演

3.7 小结

第4章结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 汤博

导师: 侯一筠

关键词: 中尺度涡旋,统计特征,对数正态分布,南海北部,温盐反演方法

来源: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,海洋学,海洋学,海洋学

单位: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

分类号: P732;P731.12;P715.7

总页数: 105

文件大小: 5764K

下载量: 380

中尺度涡旋的统计特征及其温盐场的反演方法研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢