岛屿对局地海洋动力过程的影响及岛屿尾涡的稳定性分析

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岛屿对局地海洋动力过程的影响可以分为两类:(1)风吹过岛屿时,受岛屿上山脉的影响,岛屿下游风速减弱,使得上层海水混合变弱,海表温度相对于周边海域偏高,对于海洋来说,这是岛屿通过影响大气流动间接影响海洋;(2)海流绕过岛屿时,在岛屿的下游处会形成尾涡,对海洋来说是岛屿直接影响海洋。本论文利用卫星遥感资料、实验室实验和数值模拟结果分析了这两类岛屿影响海洋的物理过程。对于间接影响过程,岛屿会在背风坡诱导暖池的形成。岛屿的大小以及大气要素的不同,对形成的暖池有着重要的影响。本论文利用卫星遥感资料和数值模拟结果分析了两种特征风场下岛屿诱导的暖池形成机制:(1)位于稳定信风区的马达加斯加岛,当东风吹过岛屿时,在岛屿西侧风速显著减小,弱化了上层海水混合,使得海表面上混合层深度较浅,底层冷水不易到达海表,同时,岛屿东侧的降水和云量显著大于岛屿西侧,使得岛屿西侧的海表净热通量较大,风场和热通量的综合作用,使得马达加斯加岛西侧海温终年高于岛屿东侧;(2)位于季风区的斯里兰卡岛,受季风的影响,在岛屿的东侧和西侧在夏季和冬季分别会出现季节性暖池。大洋年际信号,如厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)和印度洋偶极子(IOD)通过调制季风的强度影响斯里兰卡季节性暖池的强度。虽然马达加斯加岛和斯里兰卡岛都可以诱导暖池,但是它们诱导的暖池的大小、暖池出现时间及暖池的强度都不一样。对于直接影响过程,当海流流过岛屿时,在岛屿的下游处会出现岛屿尾涡。本研究利用旋转平台实验和数值模式,分析了岛屿尾涡中反气旋涡的不稳定性。利用法国CORIOLIS旋转实验平台进行的岛屿尾涡实验,对获得的一个反气旋涡完整的生命演化过程进行了分析。该反气旋涡的衰减过程分为缓慢衰减和快速衰减两个时期。这两个时期受两个不同的因素影响:缓慢衰减时期主要是涡旋自身的离心不稳定所导致的;快速衰减时期主要是由于涡-涡相互作用致使涡旋结构遭到了破坏。受实验室实验数据的限制,无法分析涡旋的三维结构,而数值模式可以弥补这个缺点。本文开展了理想岛屿尾涡的数值模拟,得到了涡旋的三维结构,进一步分析了涡旋的稳定性过程,分析表明反气旋涡不稳定会增强垂向混合。本论文的创新点:1)利用卫星遥感资料首次发现斯里兰卡东西两侧季节性暖池;2)利用旋转平台实验结果揭示了引起反气旋涡衰亡的两种机制——涡旋不稳定性和涡-涡相互作用机制;3)利用高分辨率模式揭示了反气旋涡发生不稳定过程中诱导的垂向混合。
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