北冰洋次表层暖水形成机制的数值研究

【摘要】： 利用实测温盐数据分析了夏季加拿大海盆次表层暖水的结构特征,暖水峰深度在20m附近,极大值为-0.7℃左右,发现了北冰洋加拿大海盆次表层暖水生成于当地,与外来水源无关。针对北冰洋夏季次表层暖水现象,发展了一个冰海耦合柱模式,系统研究了北冰洋次表层暖水形成机制及与其密切相关的海冰变化机制和海气热通量交换机制。 模拟了北冰洋中心区域的海冰季节变化和海气热通量收支,模拟结果与实测资料或前人研究成果基本一致,证明了模式的可靠性。并通过研究影响海冰厚度和冰间水道面积的热力敏感因子,验证了入射长波辐射通量和入射太阳辐射通量是影响海冰厚度、水道面积及海气热通量交换的主要热力因子,气温、比湿等其它因素的对海冰厚度、水道面积和海气热通量交换也有一定影响。发现海冰厚度随着入射长波辐射通量和太阳辐射通量增加呈线性减小趋势,与此不同的是,水道面积比例随着各个强迫因子增加呈现非线性增长。通过数值实验研究了海冰厚度和水道面积对海气热通量交换的影响,结果表明海冰越薄和水道面积比例越大,海气热通量交换就越强。 模拟了北冰洋中心区域的次表层暖水现象,验证了太阳辐射加热和表层冷却是形成次表层暖水的主要机制。通过数值实验定量分析了形成次表层暖水各因子作用,表明太阳辐射是形成次表层暖水的能量来源;长波辐射、气温和比湿等其他大气因子对次表层暖水强度有较大影响;在厚冰区不能形成次表层暖水,冰厚越薄,水道面积越大,则冰下上层海水温度升高得就越快,薄冰和冰间水道是形成次表层暖水的主要能量通道; 数值实验还发现次表层暖水的形成与海水的垂向湍扩散强弱关系密切。通过次表层暖水的模拟值与实测值比较确定湍扩散系数,得到冰下表层海水的湍扩散系数为5.0×10-3 m2/s左右,次表层海水湍扩散系数迅速降低到1.0×10-6 m2/s,表明跃层导致稳定性增大,并由此引起的湍扩散系数突变是次表层暖水出现尖峰特征的关键因素,也是夏季太平洋盐跃层水没有对次表层暖水产生影响、二者在不同深度同时存在的主要原因。建立了次表层暖水极大值与太阳辐射的定量关系,确立了次表层暖水形成的热力反馈机制。 【关键词】：次表层暖水 海冰 冰间水道 热通量交换 湍扩散系数 耦合柱模式
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P731.11
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 引言12-19
• 1.1 北冰洋夏季的次表层暖水现象12-14
• 1.2 北冰洋夏季次表层暖水形成机制的研究意义14-17
• 1.3 北冰洋夏季次表层暖水形成机制的研究进展17-18
• 1.4 本文的研究工作18-19
• 2 冰海耦合柱模式19-33
• 2.1 海冰热力模式的研究进展及应用19-20
• 2.2 冰海耦合柱模式20-28
• 2.2.1 模式建立依据20-21
• 2.2.2 模式改进21
• 2.2.3 模式结构21-22
• 2.2.4 冰厚热力学方程22-23
• 2.2.5 冰雪热属性23-24
• 2.2.6 海水的热力学方程24-25
• 2.2.7 海洋热通量计算25-26
• 2.2.8 冰间水道参数化方案26-27
• 2.2.9 海冰层数和温度调整改进方案27-28
• 2.3 冰海耦合柱模式的数值计算方法28-33
• 2.3.1 表层有雪无融化时方程求解28-31
• 2.3.2 表层无雪无融化时方程求解31
• 2.3.3 表层有雪融化时方程求解31
• 2.3.4 表层无雪有冰融化时方程求解31-33
• 3 模式验证33-49
• 3.1 模式设置33
• 3.2 冰雪厚度模拟33-35
• 3.3 冰间水道面积模拟35-36
• 3.4 海冰厚度、冰间水道面积与强迫因子的关系36-38
• 3.5 海气热通量交换模拟38-45
• 3.5.1 海冰表面温度模拟39-40
• 3.5.2 海表面热通量收支40-43
• 3.5.3 冰海热通量交换的季节变化43-45
• 3.6 北冰洋夏季海面热通量收支敏感性研究45-48
• 3.6.1 夏季海面热通量收支与海冰厚度的关系45-46
• 3.6.2 夏季海面热通量收支与冰间水道面积的关系46-47
• 3.6.3 夏季海面热通量收支与大气强迫因子的关系47-48
• 3.7 本章小结48-49
• 4 北冰洋次表层暖水形成机制的研究49-68
• 4.1 北冰洋次表层暖水的特征49-51
• 4.2 北冰洋次表层暖水的数值模拟51-53
• 4.3 北冰洋次表层暖水形成机制的数值实验研究53-65
• 4.3.1 海冰厚度、冰间水道及冰藻在次表层暖水形成过程中的作用54-57
• 4.3.2 大气强迫因子在次表层暖水形成过程中的作用57-58
• 4.3.3 太阳辐射通量分配研究58-61
• 4.3.4 上层海洋湍扩散系数的作用及实验估计61-63
• 4.3.5 夏季太平洋盐跃层水对次表层暖水的影响63-65
• 4.4 次表层暖水极大值与太阳辐射通量的定量关系65-66
• 4.5 次表层暖水与强迫因子、海冰厚度、水道面积及海洋热通量的关系66-67
• 4.6 本章小结67-68
• 5 研究工作总结与展望68-72
• 5.1 本文结论68-70
• 5.2 对次表层暖水形成机制的认识70-71
• 5.3 工作不足之处及展望71-72
• 附录：模式主要参数72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 个人简历和科研成果78

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

ICESat与ICESat-2应用进展与展望    杨帆;温家洪;

    

    

    

    

    

    

    

    

    

雷达技术在极地海冰厚度探测中的应用研究    郭井学;李鑫;席颖;李丙瑞;

海上风机基础的冰荷载计算    周旋;

北冰洋海冰厚度消减了2．13米    张建松

刘少创：重塑大河里程碑    本报记者 陈瑜

站得高才看得清    本报记者 李山

全球气候观测系统亟待建立    青泽

“雪龙”船圆满完成使命满载而归    向杰

极化SAR渤海海冰厚度探测研究    张晰

基于电磁感应理论的极地海冰厚度探测研究    郭井学

基于图像分析的海冰几何参数和拖曳系数参数化研究    卢鹏

基于微波图像的辽东湾海冰典型要素信息提取    纪永刚

渤海辽东湾冰区工程点雷达海冰监测和预报技术研究    赵宝刚

北极海冰气候变率的模拟研究    王学忠

冰层热力学生消过程现场观测和关键参数研究    雷瑞波

北极径流变化的关键气候因子及其对北冰洋海冰变化影响的研究    李丕学

中小尺度海冰动力学的粘弹—塑性本构模型及SPH数值模拟    王刚

海冰动力学数值模拟及波浪与海冰相互作用    王瑞学

夏季北冰洋海冰融化过程中能量分配的研究    张树刚

北冰洋次表层暖水形成机制的数值研究    陈志华

东西伯利亚海海冰面积时空变化特征及相关因素分析    李涛

北冰洋典型海冰生境冰藻生态学特征的研究    郑淑娴

利用NAOSIM模式模拟末次盛冰期北冰洋水文及海冰变化特征    宫勋

EOS/MODIS卫星资料在渤海海冰监测中的应用研究    潘淑杰

基于MODIS数据的渤海海冰重要参数提取技术与探测系统    王宁

辽东湾海冰多极化SAR影像解译分析与分类算法研究    于波

电磁数据的采集与处理软件设计研究    王杰

模糊聚类和模糊推理在评价海冰灾害中的应用    陈纳新