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本论文利用卫星高度计资料分析了南海海面高度异常的季节内-长周期变化特征、南海中尺度涡旋季节和年际变化、南海涡动能变化特征以及涡-平均流之间的能量转化特征,进而结合其它遥感资料、实测资料和数值模式对上述多尺度动力过程的机制进行了探讨。研究结果表明:
南海海面高度异常存在季节内变化,并且其强弱和空间分布在不同季节显著不同。总的来说,南海北部和越南沿岸相对于其它海域具有较强的季节内变化。通过敏感性数值试验发现,黑潮入侵和风场的强弱对冬季南海北部的季节内变化的强弱和空间分布有着显著的影响。13年的融合高度计资料分析结果表明:南海海面高度异常具有显著的年际变化,在1997-1998厄尔尼诺期间有一个明显的下降。南海平均海面高度在1993—2000年期间以11.3mm/yr的速率上升,而在2001—2005年期间南海平均海平面以11.8mm/yr的速率下降。南海海面高度的变化趋势在地理分布上不均匀,深水区一般具有较大的变化速率。Ishii数据和MITgcm同化数据估算的南海热容海面高度异常的结果表明:南海上层热量变化对海面高度的变化具有显著的贡献,而与吕宋海峡输送相关的热平流在很大程度上解释了南海上层的热变化。除了估算热效应的贡献外,本文也对水交换在海面高度变化中的作用做了研究。
利用融合高度计资料对南海涡旋的识别与统计分析表明:南海中尺度涡存在明显的季节和年际变化,而季风强迫可能是这种变化的主要驱动因素。冬季冷涡(气旋涡)主要分布在吕宋西北和越南东南海域,而暖涡(反气旋涡)主要出现在18°N以北海域。夏季暖涡明显多于冷涡,暖涡主要分布在越南东南和吕宋西北海域,而冷涡分布于越南以东和南海东北部海域。敏感性数值试验结果表明:风在夏季越南沿岸偶极子形成过程中起着非常重要的作用,而纬向风在其中起着主导作用,海峡水输送对偶极子的强度和结构影响不大,但对整个区域的海面高度有一定的影响。海面高度异常均方根的时空分布变化也显示了南海中尺度涡存在较强的年际变化。采用同样的识别和统计方法对全球中尺度涡旋的分布和传播特征进行了研究,结果表明:中尺度涡密集的分布在副热带海区,特别是西边界流区;对于西向传播的涡而言,纬向平均传播速度随纬度有明显的变化,在赤道附近的西传速度为13cm/s,而在高纬度递减到不足1cm/s。
南海平均涡动能的值在50-1800 cm2/s2之间,高值区分布在台湾西南和越南沿岸海域。南海涡动能具有明显的季节变化,冬季涡动能高值位于巽它陆架区,而夏、秋季位于越南沿岸海域。南海海盆平均的涡动能在12月达最大,8月次之。POM模式较好地模拟了南海涡动能的年变化特征,敏感性数值试验表明:强(弱)的风应力和强(弱)的海峡流量以及小(大)的涡旋粘滞系数可产生强(弱)的平均涡动能。南海涡动能除明显的年变化外,也存在着相当强的年际变化。
由高度计资料计算的涡动能.平均动能转化率具有显著的季节变化,其分布特征能较好地解释涡动能的分布特征。POM模式模拟的南海西南部冬、夏季的涡动能.平均动能转化率的分布与高度计结果类似,模式的正压能量转化强度与斜压能量转化强度相当。