夏季东海跨陆架输运短周期动力过程的遥感观测与机理探讨

论文摘要

东海的跨陆架输运过程是维持东海陆架高生产力的基础,也是影响东海物质和能量交换的关键过程,因此对于其动力过程以及物理机制的分析研究有着重要的科学价值和现实意义。本文采用新一代地球静止轨道卫星的高时空分辨率数据取代传统的极轨卫星数据对东海跨陆架输运过程中的短周期动力过程:浙江沿岸锋区不稳定锋波的演变全过程和台湾东北部黑潮次表层水涌升导致的表层上升流短周期变化过程进行了详细的研究,提取并定量分析了短周期变化过程中的详细特征,并在此基础上对其动力机制进行了初步探讨。通过对静止轨道海洋水色卫星GOCI（Geostationary Ocean Color Imager）将近 3 年（2011-2013）的 TSS（Total Suspended Solid Particle concentration,总悬浮固体颗粒浓度）影像进行筛选,作者发现GOCI于2013年9月2日-11日在浙江沿岸锋区成功捕获了一次不稳定锋波演变的全过程。根据锋波的旋转以及分离等形态特征,整个演变过程可以分为三个阶段:9月2日-3日为锋波的发育阶段,9月4日-5日为锋波的成熟阶段,9月6日-11日为锋波的衰减阶段。发育阶段内,锋面整体逐渐失稳,锋区内从北向南依次出现次中尺度的扰动锋波,波长约为10-20 km,波高约为10 km。成熟阶段内,次中尺度扰动锋波（10 km）快速成长为中尺度的锋面卷曲波（20-40 km）并沿着等深线向南移动,移动速度约为0.10-0.25 m/s,平均波长约为33 km。衰减阶段内,中尺度的锋面卷曲波开始部分或整体从锋面脱离出去,以射流或者水舌形式向外海陆架扩展,并向东北方向移动。与此同时,锋面整体逐渐归于平直,重新回到稳定状态。除了复杂的日际变化外,本文还发现不稳定锋面整体还存在明显的日内摆荡。经过逐时分析发现锋面整体在当地正压往复潮流的影响下做向岸-离岸的往复运动:8:00-11:00做向岸减速运动,移动速度约为0.30-0.90m/s。12:00-14:00,做离岸加速运动,移动速度约为0.25-0.60 m/s。锋面往复运动的范围约为6 km左右。由于缺乏同期关于不稳定锋面三维结构的观测数据,本文尝试从正压剪切不稳定和次中尺度斜压不稳定两个方向对浙江沿岸锋面不稳定过程的产生机制做了验证分析,结果表明正压剪切不稳定和台风过境导致的次中尺度斜压不稳定理论都可以很好的解释这次不稳定锋面的演变过程。通过对近三年（2015-2017）SST（Sea Surface Temperature,海表温度）观测数据进行检查后发现,静止轨道气象卫星Himawari-8（向日葵8号）于2016年7月18日-8月3日在台湾东北部成功捕捉到了一次表层上升流完整的短周期变化过程。这次短周期变化过程总共持续17天,根据上升流强度UPI和核心区面积SC的变化,可以分为两个阶段:增强阶段和衰减阶段。增强阶段总共持续了8天,在此期间,受当地流场平动分量和相对涡度的共同影响,上升流中心点停留在台湾东北部的陆坡附近几乎保持不动,上升流强度UPI从1.1℃迅速增强到2.5℃,核心区面积Sc从950 km2扩张到5900 km2。衰减阶段总共持续了 9天,在此期间,由于受到黑潮的平移输运影响,上升流中心点开始沿黑潮的西边界向东北方向移动,进入东海陆架区参与到跨陆架水交换过程,移动距离约为230km,移动速度约为0.30m/s。与此同时上升流强度UPI从2.5℃衰减到0.3℃,核心区面积SC从5900 km2缩小到970 km2。为了在长时间序列数据中验证从上述例子里获得的上升流短周期变化过程的详细特征,本文进而采用了英国气象局开发的多源卫星融合数据UKMO-SST来统计分析最近8年（2010-2017）台湾东北部表层上升流的短周期变化过程。统计结果显示台湾东北部表层上升流的短周期变化过程主要发生每年的夏季,持续时间约为6-26天,平均周期约为15±5天。上升流中心在整个过程中的移动轨迹大概可以分为三类:停留在陆坡附近静止不动;穿越陆坡向正北方向移动;沿着陆坡向东北方向移动。后两者向我们揭示了一条涌升到表层的黑潮次表层水参与东海跨陆架水交换过程的一条新通道。在此基础上,本论文从发生在2016年的所有上升流短周期变化过程中选取几个作为例子来验证分析了以往研究中提到三种可能的动力机制:黑潮的短周期波动、海表风场涡度的快速转变以及过境台湾毗邻海域的台风。研究结果表明,上述三种动力机制在不同的个案里都能合理地解释表层上升流的短周期变化。因此,上升流的短周期变化过程可能是多种动力机制共同作用的结果。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 尹文彬

导师: 黄大吉

关键词: 东海,跨陆架输运,短周期动力过程,静止轨道卫星,遥感观测,浙江沿岸,不稳定锋面,台湾东北部,表层上升流

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 浙江大学

分类号: P715.7

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000141

总页数: 111

文件大小: 11169K

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