海洋層化和海冰漂移速度變化對北極冰下海洋Ekman漂流的影響及北極次表層暖水的熱通量與維持機制

【摘要】：Ekman漂流是上層海洋普遍存在的一種運動形式。本文提出了用實測溫鹽數(shù)據(jù)計算冰下Ekman流速的方法，將計算得出的流速與2010年第四次北極考察期間同步獲取的海流剖面數(shù)據(jù)進行比較，獲得了滿意的結(jié)果。基于這個結(jié)果，可以通過比較容易獲得的溫鹽數(shù)據(jù)計算Ekman漂流垂直結(jié)構(gòu)。 海水層化的存在導(dǎo)致在躍層處湍流粘性系數(shù)減小，強烈抑制了水平流動的向下傳播，致使Ekman漂流在躍層處完全消失。結(jié)果表明，冬季上層海洋漂流會發(fā)生在較大的深度上，而夏季海冰拖曳引起的漂流只能達到20m至30m的深度。漂流層變淺意味著海冰拖曳做功產(chǎn)生的能量不能進入海洋深處，而是在很淺的表層水體內(nèi)積聚，有利于加劇海冰的底部融化。 表面海冰流速的變化，會對Ekman流場造成影響。研究表明，表面海冰流速發(fā)生變化時，導(dǎo)致各層流速發(fā)生相應(yīng)變化，使流場產(chǎn)生變化，但Ekman流的摩擦影響深度并不隨表面冰速的變化而發(fā)生變化，摩擦影響深度是由海水的密度結(jié)構(gòu)所決定的，躍層的位置決定Ekman流的摩擦影響深度，與海冰漂流流速無關(guān)。 計算湍流粘性系數(shù)通常需要密度剖面和流速剖面的觀測結(jié)果，在只有密度剖面的情況下，可以采用本文的方法計算Ekman漂流，獲得上層海洋的湍流粘性系數(shù)剖面。 在夏季北冰洋海域經(jīng)?？梢杂^測到次表層暖水現(xiàn)象。次表層暖水即在水深20～50m的范圍內(nèi)出現(xiàn)海水的溫度極大值。本文對次表層暖水湍流熱通量方面開展了研究。文中采用PP方法，用2008年第三次北極考察實測密度剖面數(shù)據(jù)，并使用上文中Ekman漂流方法，利用Ekman剪切估算海水垂直湍流擴散系數(shù)的垂向分布，表明海洋上部湍流擴散系數(shù)較大，達到1.5×10~(-2)m~2/s，湍流熱通量較大；而躍層及以下垂向湍流熱擴散系數(shù)只有1×10~(-5)m~2/s到8×10~(-5)m~2/s，湍擴散散失的能量較少，次表層獲得的太陽能得以儲存，使次表層暖水得以維持，密度躍層的存在是次表層暖水形成的原因之一。 次表層暖水的能量擴散主要是通過湍擴散來實現(xiàn)的。觀測數(shù)據(jù)表明，次表層暖水通過湍擴散輸出的能量通量在5W/m~2以下。次表層暖水處熱通量很小，是由于那里海水層化抑制了湍流擴散，湍擴散系數(shù)小于表層海水，使得能量得到積累，導(dǎo)致次表層暖水溫度較高。這樣小的擴散系數(shù)使得次表層暖水積累能量形成溫度峰值。 本文提出，通過次表層暖水熱通量可以估計進入海水的太陽輻射能FT。結(jié)果表明，各站平均太陽輻射能相差較大，在幾W/m~2至百余W/m~2的范圍內(nèi)，認為是冰層的厚度不同造成的。當冬季到來太陽輻射減弱或消失后，次表層暖水不會迅速消失，其積累的熱含量仍將使次表層暖水存在較長一段時間。本文的計算結(jié)果表明，次表層暖水可以存留1-4個月時間。次表層暖水處儲存了較多的能量，由于海水層化等原因?qū)е麓伪韺优幫牧鳠嵬枯^小，能量釋放率較低，從而使次表層暖水長期緩慢地向外釋放能量。 【關(guān)鍵詞】：Ekman漂流 海洋層化 次表層暖水 溫度結(jié)構(gòu) 能量
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P732
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 引言11-21
• 1.1 背景知識簡介11-13
• 1.2 研究歷史與現(xiàn)狀13-15
• 1.3 研究意義15-16
• 1.4 研究海域概況16-20
• 1.5 創(chuàng)新點和主要內(nèi)容20-21
• 第二章 數(shù)據(jù)介紹21-25
• 2.1 第三次北極考察數(shù)據(jù)介紹21-22
• 2.2 第四次北極考察數(shù)據(jù)介紹22-25
• 第三章 海洋層化和海冰漂移速度變化對北極冰下海洋 Ekman 漂流的影響25-37
• 3.1 層化條件下冰下 Ekman 層流場的計算25-27
• 3.2 實測 Ekman 漂流27-33
• 3.2.1 從實測流速中分離出 Ekman 漂流剖面27-28
• 3.2.2 冰下 Ekman 漂流剖面觀測結(jié)果分析28-33
• 3.3 層化和海冰運動對 Ekman 漂流的影響33-36
• 3.3.1 海水層化條件下 Ekman 剖面結(jié)果的差異33-35
• 3.3.2 海冰漂移速度的變化對 Ekman 流剖面的影響35-36
• 3.4 結(jié)果與討論36-37
• 第四章 北冰洋次表層暖水的熱通量與維持機制37-50
• 4.1 次表層暖水湍流熱擴散系數(shù)的計算方法37-45
• 4.1.1 各站次表層暖水的溫度結(jié)構(gòu)37-40
• 4.1.2 各站湍擴散系數(shù)的計算40-45
• 4.2 次表層暖水熱通量和熱含量的計算45-49
• 4.2.1 湍擴散能量通量的計算45-46
• 4.2.2 對進入海水表面太陽能的估計46-47
• 4.2.3 熱含量及存留時間47-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-50
• 第五章 總結(jié)50-53
• 參考文獻53-56
• 致謝56-57
• 個人簡歷57
• 發(fā)表的學術(shù)論文57

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