南海西部及北部的地形Rossby波

南海是世界著名的季风盛行海域,冬季盛行东北季风,夏季盛行西南季风。东北季风盛行期间,海表层为西南向漂流;西南季风盛行期间,海表层为东北向漂流。由于季风的作用及热盐的影响,因而南海的流场与质量场互相调整适应。夏季南海东北部海水堆积,海面由东北向西南倾斜;冬季则相反。考虑到流场、质量场以及地形作用相互调整和β效应的影响,在等深线密集的那些海区因底形倾斜引起等效β效应可能会产生地形Rossby波。     

南海北部地形Rossby波非线性共振相互作用引起的垂直运动

假定运动为正压,在西南季风盛行期间,讨论了南海北部陆坡海域的地形Rossby波的非线性相互作用。地形Rossby波非线性相互作用引起上层海水产生垂直运动,致使上层海水热含量重新分市。在那些上层海水热含量迅速增加的地方,对台风发生、发展甚为有利,这与实测资料一致。     

热带印度洋Rossby波的基本特征

<正>海洋斜压长Rossby波在海洋动力学中占据重要地位,是物理海洋学研究的一个重要任务。它维持并影响大洋西边界流,是海盆内能量传播的主要机制,是海洋对大气驱动的主要响应现象(Pedlosky,1979;Gill,1982)。20世纪70年代以来,XBT资料的积累使人们能够从水文资料中,特别是次表层海温的变化中发现大尺度Rossby波的存在依据(White,1977;Kessler,1990),且集中在     

热带印度洋Rossby波的基本特征

Long wavelength baroclinic oceanic Rossby waves are of interest because they are the main mechanism of energy transfer among the oceanic basins as the rotating fluid adjusts under the forcing of gravity and buoyancy,They play an important role in dynamics and thermodynamics in the ocean.The signature of them is evident from the altimeter measurements.Sea surface beight derived from the multiple ocean satellite altimeter missions over 1993～2008 is analyzed to systematically investigate the characteristics of the Rossby waves in the tropical Indian Ocean,by jointly adopting 2D-FFT,2D-Radon Transform,Complex Empirical Orthogonal Function and the classic linear theory methods.Results are as follows.The energy of Rossby wave is mainly concentrated between 5°S～18°S.Annual Rossby wave can be observed all over the whole badin,whereas semi-annual Rossby wave can bw only detected in the equatorial area, and inter-annual Rossby wave in the off-equatorial region.The phase speeds of Rossby waves detected from altimeter satellites are basically in agreement with the calculation based on the classic linear theory, but the former are some slower(faster) north(south)of 15°S than the later,Furthemore,it is indicated from the CEOF analysis that the annual Rossby waves is apparent in the Bay of Bengal,Arabian Sea ,and the open south Indian Ocean,whereas inter-annual Rossby wave mainly presents in the south Indian Ocean ,and eastward Kelvin wave is dominant along equator.     

分层热带海洋模式中的Rossby波和Kelvin波——初始混合层深度异常与大气热力强迫激发波动

利用一个两层半的热带海洋模式,采用数值实验的方法研究了热带海洋对于初始海洋混合层深度异常和大气季节内时间尺度热力强迫激发产生的Ｒｏｓｓｂｙ波和Ｋｅｌｖｉｎ波。研究表明,初始海洋混合层深度异常和大气热力强迫,可以在两层半热带海洋模式中激发产生东向传播具有Ｋｅｌｖｉｎ波性质的波动和具有Ｒｏｓｓｂｙ波性质的波动。热力强迫激发产生海洋Ｒｏｓｓｂｙ波和Ｋｅｌｖｉｎ波所需时间长于初始海洋混合层深度异常和大气季节内动力强迫激发产生两波所需时间,与大气季节内动力强迫激发的Ｒｏｓｓｂｙ波相比,初始深度异常与大气热力强迫激发产生Ｒｏｓｓｂｙ波具有不同的热力性质。     

Rossby波对太平洋海域SST的影响

文章假定东进的Kelvin波可能被太平洋东岸反射为西进的Rossby波,导出了反射必要的海洋热力条件。这一定性的解析条件和东、西赤道太平洋El Nio事件发生前的实测平均热力状况一致,与Wyrtki指出的El Nio事件发生前夕亦道东风加强的论点相符,亦与Rasmusson和Carpenter按多次El Nio事件合成的统计结果吻合。本文还讨论了反射Rossby波对El Nio事件发展、成熟的贡献,以及Rossby波在亦道太平洋从El Nio事件期间的热力分布向非El Nio事件期间的热力分布过渡中所起的作用。     

2009 年夏季东沙群岛附近内孤立波的现场观测

通过对东沙群岛附近2009年夏季测到的三个孤立波事件的分析, 结合现场的X 波段雷达、ADCP和CTD 观测, 发现内孤立波经过时, 伴有突发性强流, 最大水平东西分量U大于0.5 m/s, 周期大约15 min, 各深度层海流均为西向。第三个孤立波事件中, 雷达后向散射影像中包含至少4个亮条带, 其中最后的条带雷达表面信号最强。而内波表面信号强弱不仅与内波的振幅有关, 还可能与潮流、混合层深度等环境条件有关, 该研究可加深对内波遥感观测的理解。     

间断地形下的亚惯性频率地形波

在纯间断化地形的条件下,从理论分析和数值计算二方面探讨了亚惯性频率地形波的频散关系。指出正压亚惯性频率地形波的波模直接取决于间断点的个数和间断度。连续地形可以看成是纯间断地形的极限情况,因此,连续地形的起伏程度有类似间断度的作用。在对连续地形的频散关系进行数值计算时,水平步长的选取对计算结果有很大的影响。     

缓坡地形上内孤立波的破碎及能量分析

在大型重力式分层流水槽中对内孤立波沿缓坡地形的演化特征进行了实验研究,利用分层染色标识方法和多点组合探头阵列技术对其传播特性做了定性分析和定量测量。实验表明:下凹型内孤立波沿缓坡地形传播过程中的破碎先从波背部发生,继而演化出上凸型内孤立波;内孤立波破碎不仅与入射波波幅相关,而且受到地形坡度的强烈影响;入射波幅参数??0.4是内孤立波不稳定及破碎的实验判据,内孤立波能量损失出现跃升是其发生破碎的重要特征。研究进一步获得了内孤立波沿缓坡地形的三维演化结构、破碎发生条件和能量变化特性,对于复杂海洋环境中非线性内波传播特性认识及其动力学建模具有重要的科学意义。     

利用旋转平台模拟Rossby波现象的实验研究

采用旋转浅水系统对地形Rossby波进行实验室模拟,Rossby波实验的目的是模拟地球上中纬度大气、海洋中产生Rossby波的机理。由于地球流体实验的特殊性,它与普通流体力学实验不同,必须要具备模拟地球自转形成的科氏效应的实验设备,同时,还必须采用特殊的测量手段和实验方法。地球上Rossby波的存在,是因为行星效应或β效应为其提供了回复力,由于地形效应与β效应在动力学上具有等价性,所以能够在实验室中通过斜坡地形的应用来模拟真实地球的β效应,进而对Rossby波的现象进行模拟。实验模拟出了地形激发Rossby波的基本现象,并在此基础上对已有的相关理论进行验证,并且给出了β值与Rossby波的关系。     

地形与热源强迫下的南方涛动

用El Nino和La Nina位相时的海温异常和地形作为大气下垫面的异常强迫,引入IAP的两层原始方程大气环流模式,模拟出了南方涛动的典型结构.当去掉地形后,仅仅由海温异常也能模拟出太平洋东西部的气压异常振荡,但太平洋东部振荡中心的位置并不与观测的一致.由此可见,观测到的南方涛动是在实际地形下对全球海温异常的响应.     

基于Radon 变换获取东沙群岛附近 三个内孤立波的传播速度

由于大振幅非线性内波对东沙群岛附近的海上石油平台具有很大的破坏性,已有多名学者对该海域的非线性内波的 传播波速进行了研究。主要根据2009 年6 月24 日15 时40 分至25 日16 时40 分“科学一号”考察船在东沙岛东北部陆架 上K106 站进行的长达25 h的X波段雷达、温度链、ADCP 同步观测数据,在该海域利用Radon 变换技术获取了本次观测到 的内孤立波的传播速度。利用孤立波到达前30 min的ADCP流速值,计算得到内波传播方向上的背景流大小为0.04 m/s。最终 得出6月24 日22时30 分时的内孤立波传播速度为3.04 m/s,传播方向约为297毅;6 月25 日8 时30 分的内孤立波传播速度 为2.73 m/s,传播方向约为289毅;6 月25 日12 时内孤立波的传播速度为2.59 m/s,传播方向约为283毅。第一个孤立波与后 两个孤立波,在振幅和速度大小上存在明显不同,其生成机制也可能不同。     

浅滩地形上波浪破碎对低频波能放大的影响

低频长波对港湾共振、泥沙输运、波浪爬高与越浪等过程有重要影响。采用非静压模型SWASH模拟了不规则波在浅滩上的传播及破碎过程,重点探讨了滩顶短波破碎程度对低频波能演变的影响。模拟结果显示,当滩顶短波处于临界破碎状态时,低频波能流沿浅滩持续增长,浅滩对低频长波的放大效应（滩后与滩前低频波能流之比）显著;当滩顶短波轻微破碎、破波仅发生在外破波区时,低频波能流的沿滩增长率进一步变大;当滩顶短波剧烈破碎、破波延续到内破波区时,低频波能流沿滩先增长而后转为衰减,滩后放大率较临界破碎时明显减小。研究结果表明,浅滩顶部水深改变了短波破碎程度,进而影响低频长波的演化过程,浅滩上长波总体增长率随滩顶水深的减小呈现先增大后减小的规律,在短波轻微破碎时最大。     

行星地转框架下南大洋的长Rossby波海盆模

在行星地转框架下研究了具有弱耗散的南大洋的低频长Rossby波海盆本征模。本征模的本征函数具有倾斜的特点。最小耗散模的周期是由海盆中最慢的Rossby波从东边界传到西边界所需要的时间确定的,而其他模的本征频率是最小耗散本征模的本征频率的整数倍。最小耗散本征模的周期对耗散系数和大陆的南北平移不敏感,而半衰期对这2个参数比较敏感。另外,最小耗散本征模的周期和半衰期都对德雷克海峡的关闭或打开较敏感。通过假定科氏参数为β0的线性函数,发现本征函数的倾斜方式和周期都随着f0和β0变化,而半衰期在耗散系数不变的情况下基本是不变的。进一步验证了海盆模的本征函数的倾斜方式与斜压Rossby波传过海盆的时间有关。     

1822号台风"山竹"的涡旋Rossby波特征分析

采用WRF中尺度模式对2018年22号台风"山竹"进行高分辨率的数值模拟,在此基础上,分析台风的精细动力结构和雨带特征。分析结果发现,台风"山竹"的眼墙处具有低层辐合流入、高层辐散流出的动力配置;台风眼墙附近存在切向风速的高值区和明显的垂直上升区,并且随着高度逐渐向外侧倾斜,同时该处的雷达回波也较强,对流系统较为深厚。然后利用尺度分离方法得到涡旋罗斯贝(Rossby)波的扰动场,进一步分析了台风"山竹"内部的涡旋Rossby波特征。研究发现:1) 1波和2波会同时沿着切向和径向方向传播,2波的振幅明显小于1波; 1波和2波的正涡度扰动大值区基本覆盖强的雷达回波区域,同时伴有较强的对流活动。2)垂直方向上,降水区的涡度扰动呈现出上层为正、下层为负的动力配置时,同时散度扰动的垂直方向也有类似配置时,则会加强对流系统的发展,有利于降水的增强。由此可见,1波和2波扰动的上层辐散下层辐合的动力配置会促使对流系统的加强,同时也会对台风降水的强度和分布有一定的作用。     

海洋中地形强迫的孤立涡旋的演变及其相互作用

建立了一个描述中尺度涡的新的非线性方程,然后利用变分原理研究了孤立涡旋的Liapunov稳定性,指出反气旋和气旋涡都是稳定的。数值计算结果发现在β效应的作用下这些涡旋都向西移动而不存在向南的移动,然而在反气旋涡的上游存在一个孤立地形(例如海山)的话,孤立地形会使反气旋涡向南移动,而且移动的轨迹取决于孤立地形的位置。当两个反气旋涡同时存在并发生相互作用时,上游孤立地形使这两个反气旋涡产生弱合并并出现弱分离。而且孤立地形的位置对这两个涡的移动和旋转有重要影响。     

孤立波在岸礁地形上传播与爬坡数值模拟研究

为准确模拟孤立波在岸礁地形上的传播和爬坡,采用基于完全非线性Boussinesq方程开发的Funwave-TVD模型,探究模型的可行性,并利用验证后的模型进一步研究岸礁各地形因素对孤立波爬高的影响。研究结果表明:模型能准确模拟孤立波在岸礁陡变地形上的传播及变形,摩擦系数对礁前陡坡及礁坪上的波浪传播模拟影响不大,但对爬坡预测的敏感性较强;模型空间步长可适当增大,提高计算效率;随着礁坪宽度的增大以及礁后斜坡的变缓,孤立波爬坡高度下降明显,而礁前陡坡坡度变化对孤立波爬坡高度影响不大。     

随机波浪中畸形波在三维岛礁地形上的试验研究

在试验水池中,开展了波浪在岛礁地形上演化问题的研究。首先在实验水池中建立了西太平洋某岛礁地形的模型,然后采用改进的JONSWAP谱,由造波机产生不同周期、波高的随机波浪。试验中观察到了不同类型畸形波生成的过程及不同波面形态的畸形波。对偏度、峰度及水深与畸形波要素H_m/H_s（H_m表示波列中的最大波高, H_s为有效波高）的关系进行了详细的分析,同时,对畸形波波高H_fr与偏度的关也进行了分析。通过对试验结果分析,发现峰度与畸形波要素i>H_m/H_s呈正相关, H_fr增大时相应的偏度也会呈现增大的趋势。此外,水深的变化剧烈时（如斜坡、海山位置）有助于畸形波的发生。