地形斜坡對(duì)東海黑潮陸架坡折鋒穩(wěn)定性影響研究

張艷華, 王 凱, 齊繼峰

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地形斜坡對(duì)東海黑潮陸架坡折鋒穩(wěn)定性影響研究

張艷華1, 2, 3, 4, 王 凱1, 2, 齊繼峰1, 2

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所, 山東青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東青島 266071; 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 4. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 理學(xué)院, 山東青島 266580)

為了研究地形斜坡對(duì)東海黑潮陸架坡折鋒穩(wěn)定性的影響, 利用簡(jiǎn)化的線性原始方程, 在一定背景流的情況下, 主要從增長(zhǎng)率、相速度、空間結(jié)構(gòu)和能量方面分析海底地形斜坡變化對(duì)坡折鋒穩(wěn)定性的影響。模式結(jié)果表明, 平底地形時(shí), 擾動(dòng)的強(qiáng)度大且擾動(dòng)區(qū)域廣, 但有地形斜坡時(shí), 擾動(dòng)區(qū)域變窄, 強(qiáng)度變?nèi)? 地形對(duì)坡折鋒起穩(wěn)定性作用。通過能量分析得出東海黑潮陸架坡折鋒是正壓和斜壓的混合不穩(wěn)定, 其中斜壓不穩(wěn)定占主導(dǎo)地位。實(shí)驗(yàn)分析得出, 地形對(duì)東海黑潮陸架坡折鋒起穩(wěn)定作用, 斜坡增大, 斜壓不穩(wěn)定和正壓不穩(wěn)定均減弱, 斜壓不穩(wěn)定減弱更明顯。

東海黑潮; 地形斜坡; 坡折鋒; 穩(wěn)定性

黑潮是北太平洋強(qiáng)勁的西邊界流, 其中流經(jīng)中國(guó)東海的部分稱為東海黑潮。許多觀測(cè)發(fā)現(xiàn)黑潮這樣強(qiáng)大的西邊界流并不是管狀平滑流動(dòng), 除了路徑彎曲, 在其邊緣區(qū)還存在比較復(fù)雜現(xiàn)象, 這些復(fù)雜現(xiàn)象許多是由鋒面不穩(wěn)定引起的。關(guān)于黑潮的鋒面不穩(wěn)定過程分為兩部分, 一部分是東海黑潮鋒面不穩(wěn)定過程, 另外一部分是黑潮延伸區(qū)鋒面不穩(wěn)定過程, 其中關(guān)于后者的研究成果多于前者。東海黑潮鋒面不穩(wěn)定過程是黑潮主干流從27°N運(yùn)動(dòng)到30°N的過程, 雖然關(guān)于東海黑潮鋒面不穩(wěn)定過程的研究較少, 但還是有一些成果[1-10], 這些科研成果對(duì)我們開展的研究起到很好的引導(dǎo)作用。

由于海岸線和地形的存在, 海洋中的鋒面不穩(wěn)定過程變得更加復(fù)雜。衛(wèi)星觀測(cè)資料揭示, 黑潮鋒區(qū)的低頻波動(dòng)無處不在, 大量的衛(wèi)星圖片也顯示黑潮鋒面經(jīng)常出現(xiàn)彎曲[5, 11], 隨著流軸的彎曲及其季節(jié)變化, 經(jīng)常導(dǎo)致鋒面層次的變化和位置的左右擺動(dòng)。許多觀測(cè)資料和數(shù)值模擬也得出, 東海黑潮兩側(cè)經(jīng)常存在各種不同尺度的渦旋[12-15]。黑潮鋒面渦旋可以促進(jìn)陸架水與黑潮水的物質(zhì)交換, 因此研究黑潮鋒面的穩(wěn)定性對(duì)于生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)是非常有用的。

許多學(xué)者都推測(cè)黑潮鋒面彎曲與灣流的鋒面彎曲可能是局地正壓不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定共同作用引起的[5, 16]。Orlanski[17]曾利用兩層模式研究灣流鋒面渦的穩(wěn)定性, 結(jié)果表明地形斜坡起穩(wěn)定性作用, 但是地形的深度卻起不穩(wěn)定性作用。Xue等[18]利用傅里葉-伽遼金方法求解線性化的原始方程研究灣流鋒的不穩(wěn)定性, 分別考察灣流上游與下游的兩個(gè)不同剖面, 分析地形變化對(duì)灣流彎曲程度的影響, 結(jié)果表明地形越陡, 增長(zhǎng)率下降而相速度增長(zhǎng)。

James[2]基于Xue等[18]采用譜方法解線性原始方程研究東海黑潮的穩(wěn)定性問題, 并且以解析形式給出地形、流速和密度分布作為東海黑潮的背景狀態(tài), 發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)成長(zhǎng)的重要機(jī)制是斜壓不穩(wěn)定, 并且地形、流核的位置和流量的大小對(duì)穩(wěn)定性有一定影響的。研究發(fā)現(xiàn)最不穩(wěn)定模態(tài)的相速度是18 km/d, 周期為12 d。并把結(jié)果同灣流的進(jìn)行了比較, 發(fā)現(xiàn)兩者還是有明顯差異, 猜測(cè)可能是因?yàn)榈匦魏土骱宋恢貌煌瑢?dǎo)致的。

羅義勇等[19]利用簡(jiǎn)化的坐標(biāo)POM(princeton ocean model)模式研究了地形對(duì)黑潮鋒面彎曲的產(chǎn)生和成長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明: 平底地形時(shí), 小擾動(dòng)可以迅速發(fā)展形成大彎曲, 考慮地形時(shí), 沒有出現(xiàn)觀測(cè)的大彎曲, 表明地形對(duì)鋒面起穩(wěn)定性作用。Lozier等[20]研究變化的背景流強(qiáng)度、流的寬度和密度分層對(duì)中大西洋坡折鋒穩(wěn)定性的影響, 結(jié)果表明局地的正壓或者斜壓不穩(wěn)定可能是中大西洋坡折鋒時(shí)間和空間變化的主要影響因素。當(dāng)然, 坡折鋒的穩(wěn)定性不僅與背景流的變化有關(guān), 同樣跟地形的變化也有關(guān)。Lozier等[21]為了更好地了解地形對(duì)于坡折鋒水平和垂直切變的影響, 進(jìn)一步研究了地形斜坡和等密線坡度比值的變化對(duì)坡折鋒的影響, 變化的等密線斜率對(duì)坡折鋒的影響是不同的。對(duì)于強(qiáng)的斜壓切變流, 地形的影響可以忽略, 但是對(duì)于較弱分層的斜壓切變流, 地形會(huì)對(duì)它產(chǎn)生巨大的影響。

既然地形對(duì)東海黑潮鋒穩(wěn)定性有影響, 那么地形斜坡的變化又會(huì)給穩(wěn)定性帶來什么樣的影響呢？這樣的影響體現(xiàn)在空間結(jié)構(gòu)上是怎樣的？以及從能量變化方面能否對(duì)穩(wěn)定性做進(jìn)一步的說明？上述工作, James[2]、羅義勇等[19]和Lozier等[20-21]等都沒有進(jìn)行詳細(xì)的探討。基于James、羅義勇和Lozier等的研究, 本文采用譜方法求解簡(jiǎn)化的線性無黏原始方程, 考慮背景流場(chǎng)并結(jié)合觀測(cè)給出背景流的解析表達(dá)式, 探討地形斜坡的變化對(duì)東海黑潮坡折鋒的影響, 主要針對(duì)最不穩(wěn)定模態(tài)的擾動(dòng)從增長(zhǎng)率、空間結(jié)構(gòu)和能量三方面進(jìn)行分析。從而回答以下幾個(gè)問題: 海底地形對(duì)東海黑潮坡折鋒是否起穩(wěn)定作用？最不穩(wěn)定模態(tài)的時(shí)間和空間尺度是什么情況？

1 模式方程和背景條件

1.1 控制方程

建立笛卡爾直角坐標(biāo)系,軸正向?yàn)殡x岸方向,軸正向?yàn)檠睾诔绷鞣较?軸正向?yàn)榇怪毕蛏戏较?。其? 海底地形通過()給出, 沿黑潮流方向的背景流速度用(,)表示, 地形和背景流在方向是均一的。沿陸架流動(dòng)的背景流(,)和平均密度場(chǎng)(,) 滿足熱成風(fēng)關(guān)系, 即fV=B, 其中

= –g(,)/0表示背景浮力場(chǎng),表示科氏力參數(shù), 模式中取為常數(shù)=7.27×10–5s–1(對(duì)應(yīng)于約29°N),0代表參考密度, g是重力加速度。為了估計(jì)基態(tài)的穩(wěn)定性, 把三維的擾動(dòng)速度和擾動(dòng)密度疊加到二維的背景速度場(chǎng)和背景密度場(chǎng)?；鶓B(tài)滿足靜力近似和地轉(zhuǎn)平衡, 在包辛內(nèi)斯克近似和絕熱無黏不可壓縮的假設(shè)下, 原始方程可以線性化為:

其中,為擾動(dòng)壓力,= –/0為擾動(dòng)浮力,,和分別代表,和方向的擾動(dòng)速度。

方程的邊界條件是

,,→0, 當(dāng)→￥(2b)

=0, 當(dāng)=0 (2c)

通過坐標(biāo)變換把不規(guī)則的剖面轉(zhuǎn)換成一個(gè)規(guī)則的矩形區(qū)域。坐標(biāo)變換后, 垂向的坐標(biāo)和速度, 分別表示為:

通過坐標(biāo)變換和無量綱化之后, 方程(1a)—(1e)的系數(shù)不是和的函數(shù), 設(shè)三維擾動(dòng)方程解的形式為:

其中,是擾動(dòng)波數(shù), 復(fù)頻率=+i,是擾動(dòng)頻率, –是增長(zhǎng)率。若<0, 則稱擾動(dòng)是不穩(wěn)定的。利用譜方法求解上述控制方程, 對(duì)于給定的擾動(dòng)波數(shù), 方程轉(zhuǎn)化為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的代數(shù)方程求特征值問題。更多詳細(xì)的求解過程可以參見Xue[18]和James[1]。

1.2 能量方程

能量分析有助于揭示基態(tài)和擾動(dòng)之間的能量轉(zhuǎn)換, 有助于更好地理解擾動(dòng)產(chǎn)生和成長(zhǎng)機(jī)制, 通過方程 (1a)— (1e)可以得到如下的能量方程。

其中, ()表示關(guān)于求偏導(dǎo), Ro表示Rossby數(shù),表示Burger數(shù)。擾動(dòng)動(dòng)能(EKE)和擾動(dòng)位能(EPE)分別為

雷諾應(yīng)力(RS)是刻畫平均動(dòng)能(MKE)轉(zhuǎn)換為EKE的, 定義為

垂直熱通量(VHF)表示EPE轉(zhuǎn)化為EKE, 水平熱通量(HHF)表示平均有效位能(MPE)轉(zhuǎn)化為EPE, 公式分別為

這里, (6a)—(6i)公式中上劃線表示在沿黑潮流方向一個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度海域的平均。

1.3 地形

東海黑潮流經(jīng)區(qū)域的地形非常復(fù)雜, 有寬的陸架、突變的陸坡、海槽和突起的海脊。在本模式中, 理想化的海底地形選擇寬的陸架和陡峭的陸坡, 可以通過一個(gè)雙曲正切函數(shù)來近似。

那么()表示整個(gè)水深,是離岸坐標(biāo)。公式中各個(gè)參數(shù)的取值分別為:0=700 m,x=110 km,D=500 m。0表示在x位置最大流速對(duì)應(yīng)的水深,D表示背景流的水深變化。表示陸架斜坡坡度,越大表示坡度越陡,=0表示平底地形。本文主要針對(duì)變化來討論對(duì)東海黑潮坡折鋒穩(wěn)定性的影響, 因此它會(huì)取不同的參數(shù)。

1.4 背景流速

流速結(jié)構(gòu)是根據(jù)Liang等[22]和Anders等[23]利用船載多普勒聲學(xué)儀器探測(cè)的流速數(shù)據(jù)而構(gòu)造, 表層的最大流速為1 m/s, 主流的東側(cè)有較弱的逆流, 并且在陸坡上也有很弱的逆流。這種流速結(jié)構(gòu)可采用高斯函數(shù)和指數(shù)衰減函數(shù)來近似, 其形式為:

其中

公式(8)—(12)中的參數(shù)取值可通過觀測(cè)資料, 采用非線性最小二乘擬合法來確定。通過熱成風(fēng)關(guān)系和速度公式, 可以確定平均密度場(chǎng)。由于琉球群島近海運(yùn)動(dòng)較弱, 等密度線比較平直, 因此密度的積分從東邊界開始。東邊界的密度資料采用James[2], 密度分布特點(diǎn)是流核離開大陸架, 鋒區(qū)處在陡的陸坡上, 此時(shí), 陸坡的斜率大于等密度線的斜率。

2 數(shù)值結(jié)果與分析

2.1 地形對(duì)增長(zhǎng)率和相速度影響

通過數(shù)值求解, 得出最不穩(wěn)定模態(tài)擾動(dòng)的增長(zhǎng)率和相速度針對(duì)不同地形斜坡變化如圖1所示。從圖1中可發(fā)現(xiàn), 平底地形的增長(zhǎng)率和相速度都明顯大于有底地形斜坡的情況, 這說明地形對(duì)于黑潮坡折鋒是起穩(wěn)定性作用。在有底地形的情況下,的變化對(duì)增長(zhǎng)率與相速度也是有明顯的影響, 當(dāng)?shù)匦涡逼略絹碓蕉?即越來越大時(shí), 增長(zhǎng)率反而是下降的。也就是說, 斜坡越陡, 鋒面反而是越穩(wěn)定的。因?yàn)閿_動(dòng)具有混合不穩(wěn)定的本質(zhì), 即能量是通過正壓或斜壓不穩(wěn)定獲得, 斜坡的增加, 會(huì)導(dǎo)致正壓不穩(wěn)定性更穩(wěn)定。對(duì)于有海底地形的情形, 最不穩(wěn)定波長(zhǎng)大約為220 km, 主控周期為9 d左右, 并以大約16 km/d的相速度向下游傳播, 這與James等[1]和羅義勇等[19]的結(jié)果基本吻合。

2.2 擾動(dòng)速度和擾動(dòng)浮力的空間結(jié)構(gòu)

對(duì)于不同的底地形斜坡坡度, 擾動(dòng)速度,和擾動(dòng)浮力的幅值變化在圖2中展示。從圖形可見, 有底地形和平底地形的情況, 在坡折鋒附近,,發(fā)生了非常明顯的變化。當(dāng)=0時(shí), 擾動(dòng)速度可以達(dá)到整個(gè)水深, 擾動(dòng)浮力也幾乎到達(dá)整個(gè)水深, 并且擾動(dòng)速度及擾動(dòng)浮力的最大值都在表面; 對(duì)于=9,= 18和=36的情形, 擾動(dòng)速度以及擾動(dòng)浮力至多到達(dá)水深的一半, 擾動(dòng)速度的最大值仍是在表面位置, 但是擾動(dòng)速度最大值出現(xiàn)的位置發(fā)生了偏移, 均出現(xiàn)在陸架坡的坡折位置。擾動(dòng)速度出現(xiàn)了一些分叉, 出現(xiàn)多個(gè)流核, 這樣的結(jié)構(gòu)與一些關(guān)于黑潮流的觀測(cè)是相吻合的[22-23]。隨著地形斜坡的增大, 擾動(dòng)速度與擾動(dòng)浮力的幅值都有緩慢下降, 這同增長(zhǎng)率的變化是一致的。即, 當(dāng)?shù)匦涡逼轮饾u增大時(shí), 擾動(dòng)速度和擾動(dòng)浮力的強(qiáng)度緩慢下降。

圖1 s取不同值時(shí)增長(zhǎng)率、相速度的變化情況

圖2 四種地形斜坡坡度下擾動(dòng)速度u, v和擾動(dòng)浮力b的幅值

2.3 水平擾動(dòng)速度的沿黑潮流結(jié)構(gòu)

在黑潮鋒面區(qū), 最初沿黑潮流方向是穩(wěn)定的, 但是當(dāng)疊加了三維擾動(dòng)波后會(huì)發(fā)生扭曲, 如圖3所示。水平擾動(dòng)速度沿黑潮流方向一個(gè)波長(zhǎng)的擾動(dòng)情形, 圖形中沒有添加背景流。從圖形中可以看出, 有底地形和平底地形對(duì)擾動(dòng)是有明顯不同的。當(dāng)=0時(shí)(即平底地形情形), 水平擾動(dòng)速度擾動(dòng)區(qū)域包括陸架和陸坡, 而且擾動(dòng)強(qiáng)度比較大, 形成了氣旋和反氣旋渦旋, 渦旋的半徑較大; 當(dāng)=9時(shí), 擾動(dòng)區(qū)域分成了兩部分, 其中靠近岸邊部分, 有較弱的小渦旋擾動(dòng), 在黑潮坡折鋒區(qū)域, 擾動(dòng)的強(qiáng)度明顯大得多, 也形成了氣旋和反氣旋渦旋, 但是渦旋的半徑相較=0的情形要小得多; 當(dāng)=18時(shí), 在陸架區(qū)域的擾動(dòng)明顯減弱, 已經(jīng)不能形成氣旋與反氣旋渦旋, 在陸坡位置的擾動(dòng), 擾動(dòng)區(qū)域比=9時(shí)變得更窄一些, 擾動(dòng)強(qiáng)度也有所下降; 當(dāng)=36時(shí), 向岸區(qū)域只有一些很微弱的擾動(dòng), 也不能形成渦旋, 主要的擾動(dòng)發(fā)生在陸坡區(qū)域, 跟前面=9和=18情形相比, 擾動(dòng)的強(qiáng)度和擾動(dòng)半徑都比前兩者弱。當(dāng)海底地形斜坡越來越陡時(shí), 擾動(dòng)強(qiáng)度和擾動(dòng)幅度是越來越小的, 形成的渦旋也越來越弱, 說明擾動(dòng)動(dòng)能隨地形坡度的增大, 是越來越小的, 擾動(dòng)相對(duì)來說是穩(wěn)定的。

圖3 不同地形斜坡下表面水平擾動(dòng)速度矢量

2.4 能量分析

為了搞清楚黑潮鋒面彎曲的不穩(wěn)定機(jī)制, 需要了解黑潮鋒面演變的能量轉(zhuǎn)換過程。擾動(dòng)發(fā)生的能源是儲(chǔ)存在背景狀態(tài)中的平均有效位能和平均動(dòng)能。斜壓能量轉(zhuǎn)換是具有水平溫度梯度背景狀態(tài)釋放儲(chǔ)存在的平均有效位能給擾動(dòng)動(dòng)能; 正壓能量轉(zhuǎn)換是具有水平速度切變的背景狀態(tài)釋放儲(chǔ)存在的平均動(dòng)能給擾動(dòng)動(dòng)能。

基于公式(6a)—(6i)進(jìn)行的能量分析見圖4, 揭示了能量轉(zhuǎn)換發(fā)生的位置和幅值, 它可以顯示擾動(dòng)能量的源與匯, 在不同的圖中擾動(dòng)動(dòng)能可能增長(zhǎng)或者衰減。從圖中可觀察到, HHF和RS均為正值, 這說明正壓不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定對(duì)于擾動(dòng)的發(fā)展都起作用。RS的最大值是發(fā)生在海表面位置, 但是VHF在海表面的值均為零, 這是因?yàn)閯偵w近似的原因。當(dāng)=0時(shí), RS、HHF和VHF的值均是大于有底地形斜坡情況下的RS、HHF和VHF的值。當(dāng)有底地形存在時(shí), 與平底地形相比, HHF和VHF的大小明顯下降了, 但是RS的變化不是很明顯, 其大小略有下降。當(dāng)?shù)椎匦涡逼轮饾u增大時(shí), RS是逐步增大的,但是發(fā)生的位置變化不大, 都是發(fā)生在陸架坡折位置, 這個(gè)位置地形斜坡的斜率超過了等密線的斜率; VHF也是逐漸增大, 但是發(fā)生的位置是有變化的, 最大值發(fā)生在水深的中部區(qū)域靠近斜坡位置; HHF隨地形斜坡的變化不是很明顯。

圖5給出了4種地形斜坡下能量轉(zhuǎn)換的流程圖, 其中各項(xiàng)都進(jìn)行了歸一化處理。從這個(gè)圖形中可以發(fā)現(xiàn), HHF始終是占主要地位, 起的作用最大, 不管是平底地形還是斜坡地形, 斜壓不穩(wěn)定是擾動(dòng)發(fā)生的重要機(jī)制。圖5第一排是=0對(duì)應(yīng)情況, 從能量轉(zhuǎn)換圖可以發(fā)現(xiàn), 各種能量轉(zhuǎn)換都是很活躍的, 因此, 平底地形時(shí), 東海黑潮坡折鋒也是最不穩(wěn)定, 同前面我們的分析是一致的。當(dāng)?shù)椎匦涡逼略絹碓酱髸r(shí), MKE轉(zhuǎn)化為EKE是下降的, 也就是正壓不穩(wěn)定逐漸減弱, 同樣EPE轉(zhuǎn)換為EKE也逐步下降, 因此, 地形斜坡的變化, 對(duì)擾動(dòng)的發(fā)展是有影響的, 底地形斜坡越陡, 擾動(dòng)的區(qū)域越小越平穩(wěn), 并且擾動(dòng)發(fā)生的機(jī)制越來越以斜壓不穩(wěn)定為主。

圖4 最不穩(wěn)定波的能量轉(zhuǎn)換

圖5 四種情況對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換示意圖

3 結(jié)論

許多觀測(cè)資料表明, 東海黑潮經(jīng)常出現(xiàn)鋒面彎曲, 資料分析表明成因可能是局地的正壓不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定共同作用的結(jié)果, 其中地形起穩(wěn)定性作用。為了確定底地形斜坡對(duì)東海黑潮陸架坡折鋒穩(wěn)定性的影響, 利用簡(jiǎn)化的線性化原始方程模式研究在二維背景流情況下三維擾動(dòng)的發(fā)展, 主要針對(duì)最不穩(wěn)定模態(tài)擾動(dòng)從增長(zhǎng)率、空間結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)換方面進(jìn)行分析。通過對(duì)平底地形和有斜坡底地形兩情況的分析比較, 得到如下主要結(jié)論: (1)從增長(zhǎng)率與相速度來看, 有斜坡底地形對(duì)擾動(dòng)的發(fā)展起穩(wěn)定作用。當(dāng)?shù)椎匦涡逼略龃髸r(shí), 最不穩(wěn)定模態(tài)的增長(zhǎng)率是下降的, 這是因?yàn)樾逼碌钠露扔绊懥似抡垆h的正壓不穩(wěn)定, 但是水平切變?cè)跂|海黑潮的穩(wěn)定性起重要的作用。(2)從水平擾動(dòng)速度空間結(jié)構(gòu)上也發(fā)現(xiàn), 平底地形時(shí), 擾動(dòng)的強(qiáng)度與幅度都比有底地形情形大。當(dāng)?shù)椎匦涡逼略龃髸r(shí), 最不穩(wěn)定模態(tài)的擾動(dòng)區(qū)域與幅度都是越來越小的, 但是擾動(dòng)均有發(fā)生, 表明東海黑潮的鋒面是不穩(wěn)定的。(3)能量分析表明, RS和HHF均為正值, 表明東海黑潮陸架坡折鋒的不穩(wěn)定性主要是局地的正壓不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定共同作用的結(jié)果。通過能量轉(zhuǎn)換的示意圖可以得出, 斜壓不穩(wěn)定是東海黑潮陸架坡折鋒不穩(wěn)定的主要機(jī)制。底地形斜坡的增長(zhǎng), 使得正壓不穩(wěn)定性的作用越來越弱, 即MKE轉(zhuǎn)換為EKE的比重越來越低。因此, 地形雖然對(duì)坡折鋒起穩(wěn)定性作用, 但還是會(huì)在鋒區(qū)發(fā)生一些小擾動(dòng)并向下游傳播。

由于本文所采用的是線性無黏模式, 沒有考慮黏性項(xiàng)等非線性項(xiàng), 雖然能反映東海黑潮陸架坡折鋒的不穩(wěn)定性, 但對(duì)于真實(shí)反映黑潮鋒面的穩(wěn)定性還不夠, 添加非線性項(xiàng)進(jìn)行更深入的研究也是我們后期要開展的工作。

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Topographic slope influences on the stability of shelf break fronts in the Kuroshio of the East China Sea

ZHANG Yan-hua1, 2, 3, 4, WANG Kai1, 2, QI Ji-feng1, 2

(1. Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Key Laboratory of Ocean Circulation and Waves, the Chinese Academy of Science, Qingdao 266071, China; 3. University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4. College of Science, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China)

This study investigated the stability of shelf break fronts using the primitive equations applied to a continuously stratified flow in a geostrophic balance, with a focus on the effects of the shelf slope on the stability of the shelf break front and on the characteristics of the most unstable modes. The results of this linear study indicated that the presence of a bottom slope stabilized the background current. Growth rates, phase speeds, and spatial structures of the most unstable perturbation strongly depend on the topographic parameters. The findings of this study implied that the shelf break front has a mixed instability. As the slope increases, both the baroclinic instability and the barotropic instability decrease, and the baroclinic instability becomes weaker.

the East China Sea Kuroshio; shelf slope; shelf break front; stability

(本文編輯: 劉珊珊)

P731.2

A

1000-3096(2017)07-0120-09

10.11759/hykx20161108001

2016-11-08;

2016-12-28

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41430965); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41506020, 41476019, 11501571); 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金費(fèi)(16CX02011A)

[National Natural Science Foundation of China Major Project, No.41430965; National Natural Science Foundation of China, No. 41506020, No. 41476019, No. 11501571; Fundamental Research Funds for the Central Universities, No.16CX02011A]

張艷華(1975-), 女, 博士研究生, 研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境數(shù)值建模, 電話: 18678985531, E-mail: ggxpzyh@163.com; 王凱, 通信作者, 研究員, 主要從事海洋環(huán)境數(shù)值建模等方面的研究, 電話: 0532-82898507, E-mail: kwang@qdio.ac.cn

Nov. 8, 2016