基于HYCOM模式的日本海深层环流数值模拟及动力机制研究

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地处西北太平洋的日本海被俄罗斯、朝鲜半岛和日本三国环绕且与我国东海相连。掌握和预报日本海海洋环境对我国未来在该地区展开科学研究和军事训练具有重要意义。日本海具有面积较小但最大深度大,深层水高度均一,但深层海盆尺度环流复杂,海区半封闭但环流结构复杂多样。对日本海进行研究,不仅可以积累对中尺度边缘海的海洋环境研究经验,还可以加深对大洋中海洋环境变异过程的理解。海洋数值模拟方法可以有效避免传统观测手段观测周期长、数据不连贯且成本较高的缺陷。HYCOM模式由单独使用垂向等密度坐标的MICOM模式发展而来,其只在稳定层化的大洋中使用等密度坐标,而在弱层化和上混合层中平滑过渡为z坐标和sigma坐标,使得HYCOM模式在各个海区都有较为出色的模拟效果。本文基于前人研究,使用混合垂向坐标的HYCOM海洋数值模式,以WOA-13观测数据和SODA-clim再分析数据为定量分析的参照场,搭建了基于HYCOM海洋数值模式的实验平台,通过嵌套技术和垂向分层优化方法,本文对HYCOM模式进行了优化设计,构建了日本海海洋环境模拟实验平台。实验结果证明嵌套技术成功还原了日本海与外层海区的相互作用关系,在计算量和准确性上均表现优良。随后,本文通过对模式垂向坐标分层方式的改进进一步优化,得到了基于HYCOM模式实验平台的较为准确的日本海洋环境模拟结果。在此基础上,本文通过人为干预实验数值实验强迫场变量,研究发现风力强迫对日本海北部海盆内环流结构具有显著影响,风力强迫对表层环流的影响会间接影响到深层环流;热力通量强迫会较为明显的影响西南部海区环流结构,但其在整体上的影响不如风力强迫明显;入侵流场虽然进入海区的深度较浅,但其仍会对各个深层海盆中的环流产生影响,也是深层环流的重要动力来源之一。
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