IOCAS-IR  > 海洋环流与波动重点实验室
太平洋西北部内潮与混合的空间分布和调制机制
尤佳
Subtype博士
Thesis Advisor徐振华
2023-05
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Degree Name博士
Keyword内潮 西北太平洋 北太平洋副极地 湍流混合 参数化
Abstract

湍流混合对于海洋内部的物质能量输运以及大洋经向翻转环流的维持具有重要意义,内波破碎是导致海洋内部湍流混合的主要原因。内潮作为一种常见的内波表现形式蕴含着巨大的能量,是海洋混合的一个重要驱动因子。然而,内潮破碎及混合机制十分复杂,受限于当前现场观测的覆盖范围和数值模式技术,该问题仍是物理海洋学界的热点和难点。本文主要关注太平洋西北部的两个海区:菲律宾海和副极地海域。其中西北太平洋核心区域之一的菲律宾海是全球内潮最强的海域之一,是研究低纬度内潮动力过程和湍流混合机制的热点海区,而位于北太平洋的副极地海域,其内潮呈现着高纬度独特的物理过程和能量属性,对以上两个海区的内潮和混合开展系统性的研究具有重要的科学意义。

菲律宾海地处西北太平洋,其深海海盆被所谓“第一岛链”和“第二岛链”包围,海底地形复杂多变,混合热点区域分布广泛,同时蕴含着大尺度环流、中尺度涡和中小尺度内潮等复杂的多尺度海洋动力过程。本文利用Argo浮标观测数据结合细尺度参数化方法,揭示了菲律宾海1500米以浅深度范围的跨等密度面混合的时空分布特征,探究了多种驱动因子的调制过程。研究发现,该区域的混合以潮致混合为主,而风致混合仅在菲律宾海北部区域的500米以浅较为显著。此外,中尺度涡可使内潮致混合显著增强,从而在调制菲律宾海混合的过程中发挥不可忽视的作用。

内潮作为菲律宾海混合的主要驱动因子,深入认识其生消演化过程和传播路径对理解混合的空间分布格局十分重要。本文基于卫星高度计和现场观测等多源观测数据,揭示了菲律宾海内潮和混合的空间分布。利用高度计观测数据,基于平面波拟合方法,本文提取了菲律宾海全日内潮和半日内潮的海表面信号,刻画出了该区域全日和半日内潮的多源区分布与长距离传播路径。

同时,依托两个同期科学考察航次在菲律宾海获得的直接湍流观测数据和温盐观测剖面,本文揭示了菲律宾海盆湍流混合的空间分布和海盆内部的弱混合特征。观测结果表明,菲律宾海盆的平均混合扩散系数在混合层约O10-2m2s-1,在海洋内部约为O10-5.5m2s-1,在粗糙地形的近海底处能达到O10-4m2s-1。基于现场观测数据,本文基于剪切不稳定提出了一套改进的参数化方案(Phi-Mix-ParPMP),并且将其应用于全球海洋模式中。结果表明,PMP方案相对于KPP方案(K-profile Parameterization)显著改善模式在西北太平洋的暖偏差。

北太平洋的亚热带和副极地区域均为内潮强源区,相较于已广泛研究的亚热带区域,目前对与北太平洋副极地区域的内潮生成与演化过程及其动力机制缺乏全面了解。本文基于MITgcm数值模式对北太平洋副极地区域的M2内潮从能量学和动力学角度展开研究。结果表明,该区域的M2内潮主要来自于阿留申海脊(生成率为5.51 GW),其中阿穆克塔水道(Amukta Pass)是最主要的内潮源区。卫星高度计和数值模式结果均发现斜压能量与海表面高度的比值在高纬度区域较大,说明高纬度内潮其海表面信号较弱,但海洋内部的斜压能量较强。此外,副极地区域内潮的局地耗散效率q大于0.5,显著大于中低纬度内潮源区的局地耗散效率;内潮能量的衰减尺度也较中低纬度地区内潮小,表明高纬度内潮具有较强的耗散属性。该项研究厘清了副极地内潮的能量和动力过程,不仅补充了全球内潮研究中的重要板块,更揭示了纬度对内潮的调制作用,加深了目前对于内潮调制机制的理解。

本文综合了现场观测、遥感观测、数值模拟等多种研究手段,揭示了西北太平洋核心区域菲律宾海内潮及混合的空间分布特征,探究了内潮能量耗散与潮致混合的调制机制;提出了一套适用于西北太平洋的内波混合参数化方案,有效改善了数值模式在该区域所表现的暖偏差;同时将视野拓展至北太平洋高纬度地区,发现高纬度内潮独特的强耗散属性,进一步丰富了对内潮纬度差异的认识。相关工作对完善内潮理论框架和优化混合参数化方案都具有重要意义。

MOST Discipline Catalogue海洋科学
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/181203
Collection海洋环流与波动重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
尤佳. 太平洋西北部内潮与混合的空间分布和调制机制[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2023.
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