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海洋层化和海冰漂移速度变化对北极冰下海洋Ekman漂流的影响及北极次表层暖水的热通量与维持机制

来源：花匠小妙招时间：2025-02-12 22:03

学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示作　者: 刘国昕
导　师: 赵进平
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: Ekman漂流海洋层化次表层暖水温度结构能量
分类号: P732
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

Ekman漂流是上层海洋普遍存在的一种运动形式。本文提出了用实测温盐数据计算冰下Ekman流速的方法，将计算得出的流速与2010年第四次北极考察期间同步获取的海流剖面数据进行比较，获得了满意的结果。基于这个结果，可以通过比较容易获得的温盐数据计算Ekman漂流垂直结构。海水层化的存在导致在跃层处湍流粘性系数减小，强烈抑制了水平流动的向下传播，致使Ekman漂流在跃层处完全消失。结果表明，冬季上层海洋漂流会发生在较大的深度上，而夏季海冰拖曳引起的漂流只能达到20m至30m的深度。漂流层变浅意味着海冰拖曳做功产生的能量不能进入海洋深处，而是在很浅的表层水体内积聚，有利于加剧海冰的底部融化。表面海冰流速的变化，会对Ekman流场造成影响。研究表明，表面海冰流速发生变化时，导致各层流速发生相应变化，使流场产生变化，但Ekman流的摩擦影响深度并不随表面冰速的变化而发生变化，摩擦影响深度是由海水的密度结构所决定的，跃层的位置决定Ekman流的摩擦影响深度，与海冰漂流流速无关。计算湍流粘性系数通常需要密度剖面和流速剖面的观测结果，在只有密度剖面的情况下，可以采用本文的方法计算Ekman漂流，获得上层海洋的湍流粘性系数剖面。在夏季北冰洋海域经常可以观测到次表层暖水现象。次表层暖水即在水深20～50m的范围内出现海水的温度极大值。本文对次表层暖水湍流热通量方面开展了研究。文中采用PP方法，用2008年第三次北极考察实测密度剖面数据，并使用上文中Ekman漂流方法，利用Ekman剪切估算海水垂直湍流扩散系数的垂向分布，表明海洋上部湍流扩散系数较大，达到1.5×10-2m2/s，湍流热通量较大；而跃层及以下垂向湍流热扩散系数只有1×10-5m2/s到8×10-5m2/s，湍扩散散失的能量较少，次表层获得的太阳能得以储存，使次表层暖水得以维持，密度跃层的存在是次表层暖水形成的原因之一。次表层暖水的能量扩散主要是通过湍扩散来实现的。观测数据表明，次表层暖水通过湍扩散输出的能量通量在5W/m2以下。次表层暖水处热通量很小，是由于那里海水层化抑制了湍流扩散，湍扩散系数小于表层海水，使得能量得到积累，导致次表层暖水温度较高。这样小的扩散系数使得次表层暖水积累能量形成温度峰值。本文提出，通过次表层暖水热通量可以估计进入海水的太阳辐射能FT。结果表明，各站平均太阳辐射能相差较大，在几W/m2至百余W/m2的范围内，认为是冰层的厚度不同造成的。当冬季到来太阳辐射减弱或消失后，次表层暖水不会迅速消失，其积累的热含量仍将使次表层暖水存在较长一段时间。本文的计算结果表明，次表层暖水可以存留1-4个月时间。次表层暖水处储存了较多的能量，由于海水层化等原因导致次表层暖水处湍流热通量较小，能量释放率较低，从而使次表层暖水长期缓慢地向外释放能量。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章引言  11-21
  1.1 背景知识简介  11-13
  1.2 研究历史与现状  13-15
  1.3 研究意义  15-16
  1.4 研究海域概况  16-20
  1.5 创新点和主要内容  20-21
第二章数据介绍  21-25
  2.1 第三次北极考察数据介绍  21-22
  2.2 第四次北极考察数据介绍  22-25
第三章海洋层化和海冰漂移速度变化对北极冰下海洋 Ekman 漂流的影响  25-37
  3.1 层化条件下冰下 Ekman 层流场的计算  25-27
  3.2 实测 Ekman 漂流  27-33
    3.2.1 从实测流速中分离出 Ekman 漂流剖面  27-28
    3.2.2 冰下 Ekman 漂流剖面观测结果分析  28-33
  3.3 层化和海冰运动对 Ekman 漂流的影响  33-36
    3.3.1 海水层化条件下 Ekman 剖面结果的差异  33-35
    3.3.2 海冰漂移速度的变化对 Ekman 流剖面的影响  35-36
  3.4 结果与讨论  36-37
第四章北冰洋次表层暖水的热通量与维持机制  37-50
  4.1 次表层暖水湍流热扩散系数的计算方法  37-45
    4.1.1 各站次表层暖水的温度结构  37-40
    4.1.2 各站湍扩散系数的计算  40-45
  4.2 次表层暖水热通量和热含量的计算  45-49
    4.2.1 湍扩散能量通量的计算  45-46
    4.2.2 对进入海水表面太阳能的估计  46-47
    4.2.3 热含量及存留时间  47-49
  4.3 结果与讨论  49-50
第五章总结  50-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
个人简历  57
发表的学术论文  57

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋基础科学 > 海洋气象学
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