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本文以区域的海浪、海流和风暴潮数值模式为基础,以海面波致应力和海流的多普勒频移效应为切入点,研究了台风等天气下南海海域浪-潮-流相互作用和相互影响的主要特征。主要研究内容及结果如下:
⑴考虑到南海的气候特征,以两个台风(1998年台风Faith和1997年台风Victor)过程为例,利用普利斯顿海洋模式(POM)模拟了台风经过南海时上层海洋热力和动力结构的响应特征,分析了波致应力对上层海洋的影响,并用浮标获得的上层海洋的温度和海流观测资料与模拟结果进行了对比分析,结果显示,考虑海浪引起的海面波致应力后,海表面总的应力得到增加,POM模式在海表面温度(SST)降温的幅度、温跃层升温的幅度和台风引起海流的近惯性振荡的振幅等方面的模拟结果得到改善。波致应力使得台风Faith和台风Victor的最大SST降温分别达到1℃和3℃,同时50米深度的海洋温度场表现为台风中心区域的降温和台风外围的增温特征进一步加强。由于台风Victor发生在南海北部,受陆架影响,引起的海流的近惯性振荡的正压效应要大于发生在南部中部深水区的台风Faith的情况。同时还发现,越南外海的气旋式涡旋而导致该区域的混合层厚度较浅,台风经过该海区时容易发生最大SST降温。
⑵利用ECOM-si模式模拟了2001年在广东登陆的台风Utor引起的风暴潮的过程,分析了考虑波致应力后引起的潮位和流速的变化,并从时间和空间分布特征两个方面讨论了波致应力在风暴潮中的作用,分析结果表明台风Utor过程中波致应力可以使珠江口沿岸最大增水增加0.3m,使近岸海域的潮差增大,且使得表层最大流速增加了12.2%左右。
⑶为了探讨海流对海浪的影响,利用第三代海浪模式WW3分别模拟计算了考虑海流和不考虑海流的情况下南海2001年7月份的波浪场,探讨了海流对波浪的影响,并用高度计观测的有效波高值和模式计算值进行了对比分析,结果表明,考虑海流作用后模式计算的有效波高的准确性得到改善,模式计算的沿三条卫星高度计轨道的波高值的均方根误差分别改善了大约17%、6.5%和8.6%。空间分析显示,2001年7月的风应力场导致南海南部有一个反气旋流场和北部有一个气旋流场,这种流场结构使得越南南部区域产生强的离岸流,该区域位于顺流区,受海流影响波高值减小,波长减小,而海南南部和南沙海域则位于逆流区,这两个区域的波浪受海流影响使得波高值变大,波长变长。研究还发现,越南南部位于顺流区域,强大的离岸流会使波浪谱在低频部分产生一个峰值,形成双峰形态的频率密度谱。