波浪对西边界流流量的影响研究

大洋环流西向强化是大洋风生环流的一个显著特征；2002年，Chen 等(2002)通过分析卫星测风数据（QUICKSCAT，NSCAT）和卫星测波资料(TOPEX)发现，大洋涌浪东边界强化是全球波浪分布的一个显著特征。世界大洋中大部分西边界流的流量理论计算值远低于现场观测值，至少对世界大洋中最著名的两支西边界流-太平洋的黑潮和大西洋的湾流是如此。目前，国际上没有人研究过大洋涌浪东边界强化的动力学意义，也没人关注到大洋东边界涌浪诱导的质量或体积输运可能对西边界流输运产生的影响。本项目基于大洋东边界涌浪强化这一观测事实，以及大洋东边界波浪诱导的输运存在指向赤道的分量、从而与Ekman 输运同向的事实，旨在研究波浪对西边界流的流量贡献。企图通过此项目研究，揭示波浪在西边界流流量特征及其变化等方面所起的作用，进而揭示波浪对驱动大洋环流的贡献，为进一步改进大洋环流模式和探索波浪的气候学意义做准备。

本研究结合再分析数据，从物理机制上对科氏-斯托克斯力（CSF）的作用进行了阐述，从水体输运的角度比较了波浪输运对大洋上层环流和西边界流的影响，并提出波浪抽吸的概念模型。在副热带30°纬带附近海域，波浪的水体输运南北方向可达Ekman输运的50%以上，波浪输运占黑潮流量的比例年均5%左右，波浪的贡献有正有负。波浪诱导的表面应力导致的波浪抽吸作用在两半球高纬带更加显著。根据波浪在南大洋西风带最为强烈的特征，系统研究了波浪诱导的向水体的能量输入。由于在经典Ekman理论中加入了波浪诱导的CSF，造成了总能量输入的增加值（52.05GW），该值占风能输入到经典Ekman层能量的6.5%。波浪信号同样存在于南极绕极波中，存在4-5年东向传播周期，在南大洋不同海域的特征有区别。.将CSF简化为波浪诱导的表面应力，以海浪模式WWATCH3（WW3）模拟的海浪参数为输入，驱动大洋模式HYCOM，研究其对上混合层温度的影响。结果表明，波浪平流热输送作用在高纬度海区（南北纬 ）对混合层温度变化率贡献量值较大；加入波浪平流热输送作用后，整体混合层温度变化率改变量值的全球平均值能够达到6%以上。考虑波浪影响的模式结果对SST的模拟与Argo实测海温更接近。将Stokes漂流的大尺度CSF和小尺度涡度力（SVF）加入到大洋模式POM中，研究Stokes漂流对海洋上层流场、垂向混合系数和温度的影响。结果表明，由于Stokes漂流的存在，大洋表层流场结构、水体的输运分布有所改变，垂向混合系数加强，垂向温度分布更均匀，且在高纬度海域比低纬度海域更加明显。采用HYCOM和WW3进行全球范围、南海及西北大西洋范围流场、温度场和混合过程的模拟，结果显示在大洋大多数海域，波浪Stokes输运的方向与CSF导致的垂向积分的输运不同；CSF诱导的输运显示出月变化，且CSF的作用在中尺度涡较强的区域比弱流场区域更加重要。基于POM模式、海浪模式SWAN的双向浪流耦合模拟在台湾附近海域的结果表明，CSF同样对表层流场产生影响；在中尺度涡较强的区域波流耦合的作用更明显；在波流耦合作用影响下的台湾贯穿流流量比例平均可达3.75%。项目首次研究了波浪CSF在上混合层温度变化中的作用，并综合分析了波浪Stokes漂流在海洋动力、热力过程中的水平、垂向作用。