【摘 要】
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本文围绕南海海洋环境保障的需要,开展了基于FVCOM模式的三维流场和海温数值模拟研究。针对南海天文潮数值模拟预报的需要,开展了全球大洋潮汐模式资料在南海-印度洋的适用性研究,并采用FVCOM模式建立了南海天文潮数值模式。针对FVCOM模式用于南海斜压环流模拟时存在的斜压梯度力计算误差,重新构建了以垂向层序号为自变量的海水运动方程,基于该方程改进了FVCOM模式,并且设计了四种新型的广义随底坐标,包
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本文围绕南海海洋环境保障的需要,开展了基于FVCOM模式的三维流场和海温数值模拟研究。针对南海天文潮数值模拟预报的需要,开展了全球大洋潮汐模式资料在南海-印度洋的适用性研究,并采用FVCOM模式建立了南海天文潮数值模式。针对FVCOM模式用于南海斜压环流模拟时存在的斜压梯度力计算误差,重新构建了以垂向层序号为自变量的海水运动方程,基于该方程改进了FVCOM模式,并且设计了四种新型的广义随底坐标,包括均匀σ分层与等z面分层分块混合坐标（B1坐标）、均匀σ分层与等z面分层充分混合坐标（B2坐标）、指数函数σ分层与等z面分层充分混合坐标（B3坐标）、双曲函数σ分层与等z面分层充分混合坐标（B4坐标）。采用WOA18和Argo资料分析了南海温跃层特征,在FVCOM模式中采用B4坐标,综合考虑天文潮和斜压环流的影响,进行了海温和温跃层数值模拟。本文得到如下结论:DTU10、TPXO8、GOT00.2、NAO.99b等大洋潮汐模式在南海-印度洋的潮波特征是接近的。基于这4个大洋潮汐模式的调和常数进行的潮汐预报结果表明,GOT00.2在印度洋的潮汐预报能力最强,TPXO8在南海的潮汐预报能力最强,综合而言,TPXO8更适合为本文的南海天文潮数值模式提供开边界条件。基于FVCOM模式建立的南海天文潮数值模式模拟结果较好,其中永兴岛和永暑礁的模拟结果与潮汐表均方差分别是10.0cm、14.1cm。在FVCOM模式中采用垂向层序号为自变量的海水运动方程,对于广义随底坐标的斜压梯度力计算误差明显减小。与FVCOM模式推荐的均匀σ分层坐标、指数函数σ分层坐标、双曲函数σ分层坐标比较,本文设计的B1～B4坐标显著减小了斜压梯度力计算误差,其中B2和B4坐标更适合南海斜压环流数值模拟。南海的温跃层类型主要是以单跃层和多跃层为主,逆跃层主要是在每年秋末至春初时间出现在广东、福建沿岸和北部湾内。冬季,温跃层最深,且东南浅,西北深,温跃层比较薄,强度主要是在0.06～0.1℃/m;春季,温跃层变浅,空间分布比较均匀,厚度增大,陆架区开始有跃层出现,深水区跃层强度主要是在0.07～0.1℃/m,陆架区跃层强度主要是在0.11～0.15℃/m;夏季,温跃层较浅,以西南—东北走向分界线为界,分界线以北较深,分界线以南较浅,厚度最大,深水区跃层强度主要是在0.08～0.11℃/m,陆架区跃层强度主要是在0.12～0.2℃/m;秋季,温跃层深度加深,厚度减小,陆架区跃层开始消亡,深水区跃层强度主要是在0.08～0.1℃/m,陆架区的跃层强度主要是在0.11～0.15℃/m。Argo资料与WOA18再分析资料得到的温跃层上界深度、下界深度和厚度是基本吻合的,但两者之间也存有一定的差异,主要原因可能是WOA18再分析资料体现的是温跃层的气候态特征,忽略了年际的变化和季节内的变化,而Argo浮标资料体现了短时间内大气波动、太阳辐射、风等气象要素对温跃层特征要素造成的直接或间接影响。本文采用FVCOM模式进行的南海海温数值模拟结果得到的温跃层示性特征与WOA18再分析资料的结果基本相符。
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