南大洋的长Rossby波海盆本征模
该论文分别在准地转框架下和行星地转框架下研究了南大洋的长Rossby波海盆本征模。在具有耗散的情形下，总质量守恒的积分限制确定了作为时间函数的边界压强，进一步决定了大尺度的、低频的和弱耗散的海盆本征模的存在。
首先利用全球气候平均态的1°×1°的温度、盐度资料，根据Sturm—Liouville本征值理论，得到全球1°×1°的第一斜压Rossby变形半径λ；然后根据第一斜压Rossby波位相速度βλ<'2>得到了第一斜压Rossby波在各大洋海盆中的调整时间。结果表明，从线性的约化重力海洋出发，南极绕极区是全球Rossby波调整的控制海区。另外，由一维准地转位涡方程的解析解可知，当外强迫频率接近最小耗散本征模的频率时，共振模主要表现为低频长R0ssby波在海盆中向西的传播。并且，通过共振模对相对涡度项敏感性试验可知，当相对涡度项非常小时，这些本征模对相对涡度项并不敏感；而当相对涡度项变得足够大时，得到的共振模的振幅将明显减小。前面这两章的工作主要为后面的工作提供理论依据和参数参考。
在准地转框架下，本文研究了三种海盆几何边界情形下的南大洋的长R0ssby波海盆本征模。结果表明，德雷克海峡通道的关闭或打开对海盆本征模具有显著的影响。当德雷克海峡通道关闭时，本征周期(半衰期)比德雷克海峡通道打开时变得更长(更短)；并且，本征模的本征函数将充满整个海盆。当德雷克海峡通道打开时，随着德雷克海峡通道逐渐变宽，本征模的半衰期将逐渐变长；而相应的本征周期对此并不是很敏感；这时的本征函数主要被限制在南极绕极通道内(只要耗散系数不太大)。另外，当德雷克海峡通道逐渐变宽时，太平洋-印度洋海盆中本征函数的振幅显著变大。
另一个影响海盆本征模的重要因素是耗散系数。简单的一维和二维理论解表明半衰期线性反比于耗散系数。而对南大洋的本征模而言，半衰期随着耗散系数的增大减小很快。但是，耗散系数的大小对本征周期的影响不大。另外，耗散系数对长Rossby波本征模的本征函数在海盆中的分布具有显著的影响。当耗散系数很小时，本征模的本征函数主要被限制在南极绕极通道中；当耗散系数逐渐变大时，海盆本征模的本征函数将逐渐充满整个海盆。另外，在封闭的海盆中，由低频的Rossby波传到西边界的能量通过受迫重力波传回到东边界。而在南大洋中，由于存在一个没有径向大陆的周期性通道，因此，尽管相对涡度项的贡献相对比较小，但是R0ssby波的经向群速度对信号的南北传播起了非常重要的作用。
本文进一步研究了在行星地转框架下的南大洋的长Rossby波海盆本征模，与准地转框架下的本征模相比较，他们的主要区别在于本征函数的结构。在行星地转近似下，斜压长Rossby波传过海盆的时间是随着纬度变高而逐渐增加的，所以，就南大洋而言，本征函数的波锋线的倾斜总是从低纬度到高纬度成西北一东南走向的。并且，耗散系数的大小对海盆模的本征函数的倾斜程度有很大的影响。随着耗散系数逐渐增大，本征函数的倾斜程度逐渐变弱。为了进一步证实本征函数的倾斜程度是由斜压长Rossby波传过海盆的时间决定的，本文还研究了科氏力参数f<，0>和科氏参数的径向梯度β对本征函数的倾斜程度的影响。
南大洋;德雷克海峡通道;准地转框架;行星地转框架
中国海洋大学
博士
物理海洋
张庆华;黄瑞新
2006
中文
P728.1
107
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）