西北太平洋采薇深海海山绕流问题数值模拟研究

摘要

海山是一种广泛存在于大洋中的地形，因其完全淹没于海洋中的特性使得海山周围存在许多特殊的动力机制。从流体力学的角度来看，海流流过海山属于经典的障碍物绕流问题，已有许多学者研究了理想状态下的障碍物绕流问题。对于真实的具有复杂地形的海山，这些年来也有一些水文观测与模式模拟研究，但是关于深海海山的数值模拟研究少之又少。坐落在西北太平洋6000m深处的采薇海山即是深海海山，本文基于理想情况下的海山绕流模拟以及对真实情况下的采薇海山绕流数值模拟，对深海海山采薇的绕流问题进行了研究和分析。
　　本文首先使用区域海洋模式(ROMS)按照采薇海山的空间尺度及其周围海流的特征流速构造了一个均匀来流绕过类圆柱型障碍物的理想的海山绕流模型。模拟结果表明随着深度的变化理想海山附近的涡度演变呈现不同的形态，表层的涡度会向下游传播而深层的不会。理想海山上方的流存在顺时针旋转的变化，其周期约为4.5天。理想海山周围的密度在上层海水中变化显著，增强了上层海水的层化作用。
　　随后使用ROMS模拟了实际地形情况下2012-2014年采薇海山群周围的绕流情况。中国大洋协会近年来对采薇海山群进行了多次调查，测量了采薇海山群周围的温度盐度和流场，为本文提供了CTD（温盐深自记仪）和锚系观测资料。模式结果与观测数据的对比显示模拟结果大体上重现了采薇海山群的温盐及海流状况，验证了模拟结果的可信度。模拟结果显示在海山正上方存在泰勒柱现象，同时揭示了深层海山周围存在一个绕山的顺时针环流。对模拟结果中的深层涡旋运动分析发现海山下游产生的反气旋涡会滞留在原地不会脱落，而气旋涡则会紧贴海山边缘沿顺时针传播。动量平衡分析显示在海山的边缘非线性项十分重要而远离海山处地转平衡占主导，在离底50m之内的范围内底摩擦作用不可忽略。同时在模拟结果中我们发现了深层海山的周围存在周期约为20天的地形罗斯贝波绕海山顺时针传播。另外模拟结果揭示了海山的周围存在着许多次中尺度现象。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 障碍物绕流问题

1．2．2 关于海山的研究

1．3 研究目的与意义

1．4 研究内容

2．1 观测资料

2．1．1 潜水CTD资料

2．1．2 测站CTD资料

2．1．3 锚系资料

2．2 模式设置

2．2．1 模式介绍

2．2．2 理想模式设置

2．2．3 实际情况模拟模式设置

第三章 理想模式

3．1 涡度演变分析

3．2 流场演变分析

3．3 密度演变分析

4．1 模式验证

4．2 平均态

4．3 季节变化

4．4 涡旋运动个例

4．5 动量平衡分析

4．6 地形Rossby波

4．7 亚中尺度现象

5．1 总结

5．2 展望

致谢

作者简介

参考文献