IOCAS-IR  > 海洋环流与波动重点实验室
北冰洋近惯性运动的时空特征研究
员丹琪
Subtype硕士
Thesis Advisor徐振华
2023-05-18
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Degree Name理学硕士
Degree Discipline物理海洋学
Keyword北冰洋,海冰,惯性振荡,近惯性内波
Abstract

近惯性内波广泛分布于世界各个海区,为上层海洋湍流混合提供了重要的能量来源。北冰洋近惯性内波的产生会显著受到海冰的影响,过去几十年,随着北极变暖,海冰覆盖范围、厚度大幅下降,更多的海面被直接暴露在大气中,从而有利于海气间物质、能量的交换。风生近惯性运动是大气向海洋能量传递的重要路径之一,探究北冰洋近惯性运动的时空特征对于北冰洋内波场能量的估计、海冰、气候变化的预测等具有极其重要的意义。

本文基于国际北极浮标计划(the International Arctic Buoy Program, IABP)数据集与南森和阿蒙森海盆观测系统项目(the Nansen and Amundsen Basin Observing System, NABOS)的潜标观测数据,分别对北冰洋风生近惯性运动涉及的两个重要过程:海冰惯性振荡与海洋近惯性内波的时空变化特征进行了探究。基于浮标观测获得的海冰运动信息,本文使用谱分析方法详细刻画了1979–2019年北冰洋海冰惯性振荡强度的季节特征、年际变化与空间分布。使用为期两年的六套潜标观测资料,本文对东欧亚海盆近惯性内波的时间变化、空间分布进行探究,首先描述了不同季节沿125.5°E从拉普捷夫海陆架陆坡区(~77°N; 787 m至深海区(~81°N; 3900 m)断面海流速度、近惯性频段流速的分布。为了进一步探究近惯性内波的时间变化,本文选择位于深海区、陆架陆坡区的两套潜标M3M11分别进行了较为详细的分析。综合以上工作,本文主要得出以下结论:

1)受海冰状态的影响,北冰洋海冰惯性振荡表现出显著的夏强冬弱季节特征;1979–2019年海冰惯性振荡存在明显的增强趋势:夏季、冬季海冰惯性振荡强度的增速分别为7.84 × 10−3 (± 3.34 × 10−3) a−1a−1表示每年)、1.92 × 10−3 (± 0.80 × 10−3) a−1,即每十年分别增长约32.7%20.4%;空间上,海冰惯性振荡强度的分布特征与海冰厚度、密集度的分布高度相关,在海冰较薄、分布较为松散的边缘海域,惯性振荡强度显著高于加拿大北极群岛、格陵兰岛以北的多年冰覆盖海区;

2)为了探究近十年海冰急剧减少背景下海冰惯性振荡强度的时空变化特征,本文也分别展示了1979–2008年、2009–2019年两个不同时期海冰惯性振荡的年际趋势、空间分布。对比发现,相比于1979–2008年,2009–2019年北冰洋海冰惯性振荡的平均强度大幅上升,夏季、冬季分别提高66%21%;空间上,北冰洋大部分区域的海冰惯性振荡强度均存在不同程度的增强,以夏季边缘海域的增强最为显著;

3)东欧亚海盆观测断面的近惯性频段速度分布显示,近惯性运动主要活跃于夏季,其速度在水深20 m以上海域达到最高。潜标M3M11的分析结果表明,在夏季某些时段,深海区与陆架陆坡区的近惯性频段速度均存在增强现象。结合风场和海冰数据,我们进一步选择典型事件对不同区域的夏季增强现象进行探究。分析发现,夏季无冰时,表层海洋会对局地风场的剧烈变化迅速做出响应,产生近惯性运动。在深海区,近惯性频段运动的强度与风场的变化程度高度相关,而在靠近海岸的陆架陆坡区,近惯性频段信号中混合着较强的潮汐信号,进而与风场变化的相关性相对较低。

Subject Area海洋科学
MOST Discipline Catalogue理学::海洋科学
Pages54
Language中文
Table of Contents

1 引言

1.1 研究背景与意义

1.1.1 北冰洋近惯性运动

1.1.2 北冰洋及海冰的变化

1.1.3 研究意义

1.2 北冰洋近惯性运动的研究现状

1.2.1 海冰惯性振荡的研究现状

1.2.2 近惯性内波的研究现状

1.3 研究内容

2 数据与方法

2.1 数据介绍

2.1.1 浮标数据

2.1.2 潜标数据

2.1.3 海冰密集度与风速数据

2.2 分析方法

2.2.1 海冰惯性振荡强度的量化

2.2.2 近惯性内波速度的提取

2.2.3 误差估计

3 北冰洋海冰惯性振荡的时空特征

3.1 引言

3.2 海冰平均运动

3.3 海冰惯性振荡

3.3.1 季节变化

3.3.2 年际变化

3.3.3 空间变化

3.4 惯性振荡增强的原因

3.5 本章总结

4 东欧亚海盆近惯性内波的时空分布特征

4.1 引言

4.2 季节与空间特征

4.3 深海区

4.3.1 时间变化

4.3.2 典型事件分析

4.4 拉普捷夫海陆架陆坡区

4.4.1 时间变化

4.4.2 典型事件分析

4.5 本章总结

5 结论与展望

5.1 主要工作与结论

5.2 工作展望

参考文献

 

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果

Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/181239
Collection海洋环流与波动重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
员丹琪. 北冰洋近惯性运动的时空特征研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2023.
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