东海陆架地形波本征模态和强迫陆架波

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陆架波的研究对于加深陆架海洋动力学的理解具有重要意义,同时对于提高沿岸水位、流速预报的准确性具有实际应用价值。中国的陆架波研究,虽然自20世纪80年代以来有过相应的研究,但研究相对薄弱,特别是在动力机制及其在实际预报的应用方面,几乎没有相关的工作。东海作为世界上陆架最宽阔的海域之一,陆架波运动是本海区的重要海洋学现象之一,有必要对东海陆架波做进一步深入的研究。通过理论分析、数值求解及对实测数据的分析表明:在东海存在自由陆架波和强迫陆架波,这种低频的波动是除潮运动以外东海重要的动力学现象之一。通过求取东海宽陆架地形条件下自由陆架波的解析解,分析了东海自由波动的频散关系。表明在东海陆架上存在一系列的低频波动,此即陆架波各种不同模态。由观测数据分析得到的频散关系能很好的吻合到理论频散图上。理论及计算结果表明在东海宽而缓的地形下,正压Kelvin波占陆架波模态的主导地位,同时存在第一模态地形陆架波(SW1)和第二模态地形陆架波(SW2)。利用经验模态分解(EMD)方法分析实测水位,发现东海存在2~10天周期不等的低频波动,此波动沿东海沿岸自北向南传播,其相速度与理论得到的相速度相符。风场对水位的影响甚大,两者之间有很高的相关性。强北风出现对应着水位的急剧升高,这种升高体现在水位的各模态上,水位升高幅度可达几十厘米量级。计算结果表明,强北风引起南向的顺岸流动,此顺岸流对闽浙沿岸流有一定的贡献。将强迫陆架波理论应用到东海陆架,能很好的模拟东海周期在2~10天的水位及流场波动。总体来看,对顺岸流的模拟结果好于对水位的模拟结果,其原因是水位波动主要由KW模态控制,而顺岸流的波动主要由SW1控制。东海的低频波动,主要是远处传来的自由波动,但在顺岸向的风速较强时,自由波动被风牵引而转化成强迫波动,同时伴随着水位和顺岸流的剧烈变化。
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