南海中尺度波动现象研究进展
基于GIS的南海中尺度涡旋典型过程的特征分析
1基于GIS 的南海中尺度涡旋典型过程的特征分析杜云艳, 王丽敬, 樊 星, 周成虎(中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室, 北京100101)摘要: 以具有复杂时空演变过程的海洋中尺度涡旋为研究对象, 以定量表达和组织涡旋典型过程案例为前提, 基于Global NLOM(Naval Research Laboratory Layered Ocean Model)所得的SSH(Sea Surface Height)、SST(Sea Surface Temperature)和表层海流场, 对海洋中尺度涡旋进行综合辨认和动态跟踪。
以南海为例, 通过提取涡旋典型过程中的典型状态, 建立中尺度涡旋典型案例库。
然后以库中所有过程案例为对象对涡旋进行GIS(Geographic Information System)时空特征分析。
所得结果为: (1) 南海中尺度涡旋整体上呈东北-西南向分布, 涡旋水平移动速度为3~16 cm/s, 平均速度为8.4 cm/s 。
(2) 大部分涡旋向西移动。
春夏季涡旋主要向西北方向移动, 秋冬季涡旋主要向西南方向移动。
(3) 南海东北部涡旋主要集中在9~10月以及次年的1~2月发生, 涡旋先向西北方向移动, 后又转向西南方向移动, 大部分中尺度涡旋不能西移太远。
南海中部气旋涡主要发生在冬、春两季。
一部分涡旋沿陆坡向西南运动, 其中一些反气旋涡沿南海海盆向西运动。
南海东南部在研究期内只有反气旋涡出现, 向西或西北偏西运动, 这里的涡旋比较弱, 但移动距离较长, 也有较长的生命周期。
南海西南部夏季出现的涡旋多于冬季, 且夏季的绝大部分涡旋以偶极子结构出现, 该区域涡旋移动的距离较小。
该研究引入GIS 技术, 基于大量时空数据对具有复杂时空特征的中尺度涡旋的信息进行组织、存储, 以期通过对涡旋生消过程的时空分析来揭示其演变规律, 为进一步研究海洋涡旋的空间推理预测奠定了坚实的基础。
南海中尺度涡的时空特征研究
南海中尺度涡的时空特征研究上世纪70年代多次的大洋实验揭示了长期以来被认为是弱流区的广大中大洋区域,几乎都存在着流速较强(量级为10cm/s)的中尺度涡。
中尺度涡作为中尺度现象的一个重要部分,在海洋动力学以及热、盐、水团、动量和其他化学物质输送中起着重要的作用,因而能影响海域环流结构、大面积水团分布和海洋生物等,也是军事海洋学必须考虑的问题。
所以,中尺度涡的研究成为物理海洋学和海洋交叉学科研究中的一个重要内容。
本研究以南海中尺度涡的分布特征、运动变化规律、动力机制及对相应过程的影响为研究对象,通过数据分析、模式验证和动力机制分析相结合的方法,既全面描述了南海中尺度涡的分布和演化的总体特征,又深入研究了南海具有代表性涡旋的特点。
本文主要用到的资料为遥感资料(包括高度计的海表高度、地转流和QuickSCAT风场等),现场观测资料(包括2008年8-9月和2009年6-7月吕宋口及南海北部大面积水文观测资料),Argo温盐资料和同化资料(如SODA)。
本文组织结构和主要结果如下:首先,研究南海涡动能的多种尺度的变化特征和变化机制,并确定本文的研究重点区域。
结果表明,南海涡动能的能量高值中心位于越南以东海域和台湾西南海域,涡动能因多种尺度因素叠加而呈现较复杂的结果。
涡动能的年际变化较为重要,与El Ni?o密切相关。
El Ni?o能够通过大气桥——风应力旋度来影响南海EKE 的年际变化。
季节性变化是南海涡动能最显著的变化尺度,尤以越南东部海域为最,该区域涡动能的季节变化主要归功于局地风应力旋度的季节变化。
最显著的年内季及中尺度变化出现在台湾西南海域,其主要受黑潮入侵和背景流的斜压不稳定所影响。
根据涡动能的分布特征,本文以吕宋海峡西部海域和越南东部海域为重点研究区域。
对于吕宋海峡西部海域,我们研究了季节性涡旋吕宋暖涡的垂向结构和演化特征,发现吕宋暖涡垂向超过500m,在温跃层附近造成5°C的高温异常和0.5psu 的低温异常,其旋转速度在上层200m较强,最大速度约0.6 m/s;进一步,我们利用大面积现场观测资料,发现2008年9月黑潮在20-21°N区域显著入侵南海,入侵水体主要位于上层300m,西至117°E,围绕7月产生于南海的一反气旋涡做反气旋式回旋而在南海更北区域返回菲律宾海;利用2009年夏初大面积现场观测资料,我们还讨论了夏初吕宋海峡区域水交换特征,并指出前人单一剖面数据难以正确揭示该区域水交换特征。
南海北部季风试验区中尺度对流系统冰相过程对云与降水过程影响数值模拟研究
南海北部季风试验区中尺度对流系统冰相过程对云和降水过程影响数值模拟研究*付丹红1郭学良 21. 中国科学院大气物理研究所云降水与强风暴实验室，北京，1000292. 中国气象科学研究院，北京，100081摘要利用中国南海北部试验区（NESA）加密探空的平均水平风场、位温场和水汽场作为大尺度强迫项，采用可分辨云中尺度模式（WRFV2.2）模拟研究了1998年5月15日至6月11日南海季风试验区（SCSMEX）北部地区降水特征及冰相过程对云和降水的影响。
研究结果表明，1998年5月和6月分别出现两次强降水过程，云内冰相过程导致降水减弱，这主要是由于云内冰相过程导致向下短波辐射通量减小，海面感热通量和潜热通量减弱，进而导致降水减弱，同时，冰相过程中冻结潜热释对大气稳定度和降水有着重要作用，冻结潜热释放导致大气稳定度增加，抑制对流的发展增强，也使得地面降水减弱。
冰相过程中的融化潜热吸收和冰相粒子下落末速度对大气层结和降水的影响相对较小，对降水略有增强作用。
关键词SCSMEX中尺度对流系统1 引言亚洲夏季风最初爆发于中国南海地区，随后不断向北和西北推进，最终导致亚洲季风全面爆发和建立（Tao and Chen，1987；丁一汇，1991），这与夏季东亚地区旱涝的发生存在密切的关系(黄荣辉等，2005；李崇银和屈昕，2000；何有海等，2000；刘长征等，2004；孙淑清和马淑杰，2003)。
南海季风是东亚季风系统中一个重要的组成部分，为了更好地了解南海夏季风爆发、维持和变化以及海洋对流系统的动力结构和降水特征等，1998年5月至6月在我国南海季风区域进行了一次国际综合观测实验（Lau et al，2000）。
一些研究者利用常规和加密探空资料分析了试验期间伴随季风爆发的大、中尺度环流结构(Chan et al.,2000;Ding and Liu,1998;Johnson and Ciesielski,2002)。
南海中尺度海洋现象研究概述
南海中尺度海洋现象研究概述
南海是一个以中国为主要国家的多国海洋，它是一个南方的大洋，广大的海域和丰富的海洋资源使南海成为全球海洋研究领域的重要研究对象。
近年来，随着气候变化、海洋调查技术的发展和海洋资源的开发利用，南海的研究发展取得了长足的进步。
在海洋环流方面，南海的中尺度海洋现象研究主要研究南海的环流场，以及南海的热带季风和西太平洋风暴的影响。
研究发现，南海的热带季风是海洋环流的重要影响因素，它不仅影响南海的海温、潮汐和沉淀物分布，而且还影响南海的海域环境。
在海洋环境方面，南海的中尺度海洋现象研究主要是研究南海的海域环境，包括海域水质、沉积物、海域植被等。
研究发现，在南海的主要水域，沉积物组成和性质受到季风和西太平洋风暴的影响，植物群落的分布受到水深、潮汐的影响，海域水质受到沉积物、植物等的影响。
此外，南海的中尺度海洋现象研究还包括研究南海的生物多样性，南海的生物多样性是南海的重要特征。
研究发现，南海的浮游植物分布和演替受到季风和西太平洋风暴的影响，鱼类群落的分布受到水深、水温、潮汐等因素的影响，海域动物群落的分布受到植物群落的影响。
从上述可以看出，南海的中尺度海洋现象研究已经取得了重要的进展。
这些研究有助于我们更好地理解南海的气候变化、海洋环流、海洋环境、生物多样性等，从而更好地开发和利用南海的资源，保护南海的海洋生态系统。
2021浅析在海洋中尺度涡响应中大气的进程范文1
2021浅析在海洋中尺度涡响应中大气的进程范文 摘要：海洋中尺度涡广泛分布于全球海洋且能对大气造成显著影响。
在全面陈述大气边界层和局地环流对中尺度涡响应的基础上,论述了与其相应的物理机制, 并系统介绍了有关中尺度涡对天气系统影响的最新研究进展。
(1) 中尺度涡引起的海表温度异常通过改变湍流热通量来引起洋面风速、散度以及云量和降水的异常, 并在垂直方向上产生异常的次级环流。
并且, 大气对中尺度涡的响应有明显的区域和季节差异。
(2) 在南海、黑潮延伸区和南大洋, 中尺度涡可分别通过改变海表面气压或大气边界层稳定度来影响其上的洋面风速。
通过分析大气异常中心与中尺度涡的位相关系并配合动力诊断可区分这2种机制。
(3) 中尺度涡能改变大气中的能量转换从而影响风暴路径和急流位置, 并能通过遥相关影响下游地区的天气型。
此外, 中尺度涡所造成的海洋上层温度变化还将对热带气旋的增强和维持起重要作用。
关键词：海洋中尺度涡;海气相互作用; 天气系统; Abstract：Asone of the most important mesoscale ocean features, the mesoscale eddies are omnipresent and have significant impact on the overlying atmosphere. Based on the comprehensive review of the influence of mesoscale eddies on the atmospheric boundary layer and the local circulation, the corresponding physical mechanisms and their impacts on weather systems were presented systematically. (1) Eddy-induced SST anomalies may modify the surface wind speed, horizontal divergence, cloud and precipitation through turbulence heat flux anomalies. Meanwhile, additional secondary circulations arise over the eddies. What is more, there are obvious regional and seasonal differences for atmospheric responses. (2) Studies in the South China Sea, the Kuroshio Extension region and the Southern Ocean indicate that atmospheric responses to mesoscale eddies can be explained by the changes of sea level pressure or the vertical momentum transport. These two mechanisms can be distinguished by the phase relationship between the atmospheric anomaly center and the eddy core. Diagnosis on the inner dynamical processes may draw better conclusions. (3) The energy conversions are affected by mesoscale eddies, which may affect storm tracks and jet streams, and finally result indistant influences on weather patterns. Moreover, sea temperature anomalies from sea surface to the thermocline associated with mesoscale eddies have significant impacts on the intensification and the maintenance of tropical cyclones. Keyword：Oceanmesoscale eddies; Air-sea interaction; Weather systems; 1引言 海洋与大气通过界面间的热量、动量以及物质交换紧密联系在一起,形成一个包含各种尺度的耦合系统。
南海海洋所揭示海洋中尺度涡影响浮游植物叶绿素分布新机制
南海海洋所揭示海洋中尺度涡影响浮游植物叶绿素分布新机制南海海洋所揭示海洋中尺度涡影响浮游植物叶绿素分布新机制在海洋中，中尺度涡是一种非常重要的海洋环流特征，它在海洋环境中起到了至关重要的作用。
涡是由海洋中的不稳定性产生的，它们通常是由变化的海水密度、风场和地球自转等因素造成的。
在南海海域，中尺度涡的影响尤为显著，因此科学家们对其进行了深入的研究。
他们发现，中尺度涡对海洋中浮游植物叶绿素分布产生了新的影响机制。
1. 中尺度涡是什么？中尺度涡是指海洋中直径在10-500公里范围内的环流涡旋。
这种涡旋呈现出旋转的运动特征，并且在水体中产生了一定的涡动。
中尺度涡通常具有水温、盐度和流速等方面的差异，它们对海洋生态环境有着直接而深远的影响。
2. 浮游植物叶绿素分布与中尺度涡的关系浮游植物是海洋中非常重要的生物元素，它们通过光合作用为海洋生态系统提供能量，并且参与了海洋碳循环过程。
叶绿素是植物进行光合作用的重要物质，它能够吸收光能并转化为化学能。
科学家们发现，中尺度涡对浮游植物叶绿素的分布产生了重要影响，这为我们认识海洋生态系统的结构和功能提供了新的视角。
3. 影响机制的新发现最新的研究发现，中尺度涡通过影响海水混合和上升流的分布，进而影响了海洋中浮游植物叶绿素的分布。
在涡旋的边缘区域，海水混合和上升流的活动更加频繁，这使得浮游植物叶绿素得以更好地分布和生长。
相对而言，在涡旋的中心区域，海水混合和上升流的活动相对较弱，导致浮游植物叶绿素分布相对较少。
中尺度涡不仅影响了海洋环境的物理结构，还对海洋生物的分布和生长产生了直接的影响。
4. 个人观点和理解作为一名海洋生物学研究者，我对中尺度涡对浮游植物叶绿素分布的新影响机制深表关注。
这一发现不仅丰富了我们对海洋环境变化的认识，还为我们探索海洋生态系统的稳定性和可持续性提供了新的思路。
我相信，随着科学技术的不断进步，我们将能够更深入地研究中尺度涡对海洋环境和生物的影响，为保护海洋生态系统做出更大的贡献。
南海中尺度涡旋的起源与能量路径解析
南海中尺度涡旋的起源与能量路径解析南海，这片位于亚洲东南部的辽阔海域，不仅是全球海洋中尺度涡旋最为活跃的区域之一，更是全球气候变化和海洋动力学研究的热点。
中尺度涡旋，作为海洋中的一种重要现象，其形成和发展不仅对海洋环流结构和物质能量的传输起着关键作用，更对周边地区的气候产生深远影响。
本文旨在深入探讨南海中尺度涡旋的起源，分析其能量来源和路径，并结合最新的研究成果，揭示这些涡旋背后的复杂动力学机制。
南海中尺度涡旋的气候学特征南海中尺度涡旋的形成与演变，是海洋动力学中的经典问题。
这些涡旋通常具有数百公里的尺度和数月的生命期，它们在南海西部边界流和吕宋海峡黑潮入侵等大尺度环流中孕育而生。
统计研究表明，这些涡旋主要集中在南海的西南部和东北部，其概率分布显示，在越南东南部和台湾西南部的海域，涡旋的出现频率分别达到了40-70%和35-60%。
这些区域的中尺度涡旋动能（EKE）也呈现出相似的分布特征，高值中心位于越南东南部和台湾西南部。
多尺度能量转换与涡旋生成在南海中尺度涡旋的形成过程中，多尺度能量转换扮演着至关重要的角色。
研究表明，正压和斜压不稳定性、风做功、平流和压力做功是南海中尺度涡旋能量来源和汇的重要成分，但它们在不同区域的贡献各不相同。
在南海西南部，区域中尺度涡旋能量主要由正压不稳定性产生，而在东北部南海，斜压不稳定性和直接作用于涡旋的风做功是两个主要的涡旋生成过程。
此外，台湾西南的涡旋因向外的能量输送而受到抑制，而越南东南部的涡旋衰减则是由于压力做功。
风强迫与涡旋能量的相互作用风强迫一直是海洋中尺度涡旋生成的重要外部因素。
在南海，风对EKE的影响仍然是一个活跃的研究领域。
一些研究表明，风做功与越南东南部的中尺度涡旋季节变化密切相关，但大部分风能输入并不直接进入中尺度流，而是首先驱动大尺度环流，然后通过内部不稳定性为涡旋提供能量。
这种风驱动的大尺度环流与中尺度涡旋之间的能量级联，是南海中尺度涡旋能量路径中不可忽视的一部分。
南海中尺度涡的时空特征研究
南海中尺度涡的时空特征研究一、本文概述本文旨在全面研究南海中尺度涡的时空特征，通过深入探索其形成、演变及其影响机制，以期增进对南海海洋动力学过程的理解，为海洋环境预测、资源开发和气候变化研究提供科学依据。
南海，作为世界上最大的边缘海之一，其复杂多变的海洋环境对区域气候、生态系统和经济活动产生深远影响。
中尺度涡作为南海中重要的海洋现象，其研究不仅有助于揭示南海海洋环境的动态变化，也有助于预测和应对相关环境问题和挑战。
本文将首先回顾和总结国内外关于南海中尺度涡的研究现状，明确研究的科学问题和研究目标。
在此基础上，通过收集和分析大量的海洋观测数据，结合数值模型和理论分析方法，深入研究中尺度涡的时空分布特征、形成机制和演变规律。
本文还将探讨中尺度涡对南海海洋环境、生态系统和社会经济的影响，评估其潜在的风险和机遇。
本文的研究结果将为南海海洋环境预测、资源开发和气候变化研究提供重要的科学依据，有助于增进对南海海洋环境的认识和理解，为南海的可持续发展提供有力支持。
本文的研究方法和成果也将为其他海域的中尺度涡研究提供有益的借鉴和参考。
二、南海中尺度涡的时空分布特征南海，作为中国最大的边缘海，其独特的地理位置和海洋环境使得其成为中尺度涡活动频繁的区域。
中尺度涡，作为海洋中的一种重要现象，其时空分布特征对于理解南海的海洋动力学过程、海洋生态环境变化等具有深远的意义。
在时间上，南海中尺度涡的活动呈现出明显的季节性变化。
一般而言，春夏季是南海中尺度涡最为活跃的时期，这与南海季风的变化密切相关。
在季风转换期间，海洋流场发生调整，易形成涡旋。
南海的热带气旋、台风等天气系统也常伴随涡旋的生成和发展。
相比之下，秋冬季南海的中尺度涡活动较为减弱，这可能与海洋层结的稳定性和风场的减弱有关。
在空间上，南海中尺度涡的分布则受到地形、流场、海温等多种因素的影响。
南海北部，受到黑潮流系和南海暖流的影响，涡旋活动较为频繁。
其中，吕宋海峡附近是南海中尺度涡的高发区，这与海峡内复杂的海流交汇和地形变化有关。
南海西北陆坡区不同尺度运动特征分析
南海西北陆坡区不同尺度运动特征分析结合在南海西北陆坡区长达3个月的潜标观测和卫星资料,对南海西北陆坡区的定常流、中尺度涡、内潮和近惯性运动等不同尺度运动的特征进行了分析研究,同时研究了它们之间的相互作用,尤其是中尺度涡对近惯性运动和内潮的影响,并分析了一个台风过程中上层海洋对它的响应情况。
对正压和斜压流进行频谱分析发现,观测海区的正压潮以全日潮为主,半日潮次之;K1、M2斜压潮的振幅均随深度先减小后增大,并在海底附近保持了一个较大值。
由于潜标附近地形对斜压半日分潮为亚临界地形,使得从吕宋海峡传播过来的半日分潮在本地反射后继续向上向浅海传播,从而观测到了明显上传的能量;而其相对斜压全日分潮为超临界地形,使全日分潮的能量以下传为主。
同时卫星观测到的海表面高度异常显示,潜标观测的前期和后期该地分别有一个暖涡和冷涡存在,并主要影响了该地上层的定常流;而中深层的定常流变化可能与受季风控制的南海西边界流有关,并受本地地形强迫所影响。
通过研究中尺度涡过程中的近惯性能量变化发现,反气旋涡(暖涡)有利于近惯性能量的下传,使得近惯性能量迅速下传并且最大近惯性能量深度出现在温跃层底;而气旋涡(冷涡)限制了近惯性能量的下传,使大部分近惯性能量局限在混合层里,使得混合层内出现很强的剪切和混合,造成了冷涡期间的混合层降温反而大于暖涡期间的混合层降温。
这一差异是由于背景涡度的出现,改变了有效科氏参数f_e = f+ξ/2,从而改变了可下传的近惯性能量频段fe的下限。
暖涡对应的负涡度减小了有效科氏参数,从而使可下传的近惯性能量频段变宽,近惯性能量更容易从混合层传到温跃层,使得较大的剪切和混合发生在温跃层内;而冷涡对应的正涡度使得有效科氏参数增加,抑制了近惯性能量的下传,使大部分近惯性能量聚集在了混合层,在混合层底造成了更强的剪切和混合。
台风Xangsane的过境对南海中部造成了约5℃的海表面降温,且对台风路径右侧影响更剧烈,台风移动速度越慢,向海洋输入的能量越大,造成混合层对下层冷水的卷夹过程也更强烈,造成的降温也更显著。
南海暖季天气系统与中尺度对流过程研究进展
南海暖季天气系统与中尺度对流过程研究进展南海暖季天气系统与中尺度对流过程研究进展引言：南海地处热带和亚热带交汇的地区，东亚季风及其他气候系统的相互作用使得南海暖季的天气系统异常复杂。
其中，中尺度对流是南海暖季天气系统的重要组成部分。
本文将探讨南海暖季天气系统与中尺度对流的研究进展，并对未来研究方向进行展望。
一、南海暖季天气系统概述南海暖季天气系统主要包括台风、副热带高压、季风、季候风等。
台风是南海暖季的主要天气现象，它的形成、增强和路径对南海周边地区的天气产生重要影响。
副热带高压是南海暖季的另一个显著特征，它的位置和强度决定了南海地区的天气状况。
季风和季候风则为南海暖季的风向和强度变化提供了动力。
二、中尺度对流对南海暖季天气系统的影响中尺度对流是指在水平尺度上约为数十至数百公里的对流现象。
它是南海暖季天气系统中的重要组成部分，如季风云团、季风低压、季风边界层等。
中尺度对流的形成和发展受到地形、水汽输送、大气稳定度等因素的影响。
它对南海地区的降水分布、风向、云量和辐射等都有重要影响。
三、南海暖季天气系统与中尺度对流的相互作用机制1. 季风低压与季风云团季风低压是南海暖季的主要对流系统之一，它是由于地形和地热因素导致的地表低压系统。
季风云团则是在季风低压的气旋环流中形成的对流云团，它们对南海地区的降水形成有明显的影响。
季风低压和季风云团的形成主要受到大气辐合和地面上升气流的共同作用。
2. 季风边界层和地形对流季风边界层是南海暖季的另一个重要中尺度对流系统，它是由于季风交汇区引起的大气辐合和上升气流形成的。
地形对流则是由于地形起伏和地热差异引起的对流云团，它们对南海暖季的降水和雷暴形成有重要影响。
四、南海暖季天气系统与中尺度对流的研究进展过去的研究主要集中于利用观测资料、数值模拟和统计方法研究南海暖季天气系统与中尺度对流的关系。
其中，观测资料的应用对于了解南海暖季天气系统的实际演化和中尺度对流的特性至关重要。
进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征——基于OFES模式数据
第39卷第2期2021年4月海洋科学进展A D V A N C E S I N MA R I N E S C I E N C EV o l .39 N o .2A pr i l ,2021进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征基于O F E S 模式数据王鼎琦1,2,方国洪2,3*,徐腾飞2,3,邱 婷4(1.中国海洋大学海洋与大气学院,山东青岛266100;2.自然资源部第一海洋研究所,山东青岛266061;3.青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东青岛266061;4.国家海洋局东海预报中心,上海200136)收稿日期:2020-04-13资助项目:国家重点研发计划项目 大气海洋耦合机制㊁同化方法与数值模式研究(2017Y F C 1404201);国家自然科学基金项目 南海环流多层结构特征与机制的研究(41876029)和吕宋海峡及其周边海域潮波和内潮耗散的数值研究(41606036)作者简介:王鼎琦(1991 ),女,博士研究生,主要从事物理海洋学方面研究.E -m a i l :d i n g q i @f i o .o r g.c n *通信作者:方国洪(1939 ),男,研究员,中国工程院院士,博士生导师,主要从事海洋潮汐㊁海洋环流和海洋数值模拟方面研究.E -m a i l:f a n g g h @f i o .o r g.c n (高 峻 编辑)摘 要:自黑潮脱落并由吕宋海峡进入中国南海的中尺度涡(简称脱落涡旋)对黑潮与南海的水体交换㊁热量及物质输送等过程均有十分重要的作用㊂基于1993 2013年O F E S (O G C Mf o r t h eE a r t hS i m u l a t o r )模式数据产品,分析研究了脱落涡旋的统计特征及其温盐流三维结构,并与卫星观测结果进行对比分析㊂O F E S 模式的海表面高度数据和卫星高度计数据的统计结果都表明气旋式脱落涡旋(脱落冷涡)绝大部分在黑潮西侧边缘生成,反气旋式脱落涡旋(脱落暖涡)则大部分在黑潮控制区(包括黑潮流套区)生成,脱落暖涡的数量远多于脱落冷涡的㊂O F E S 模式数据得到的脱落涡旋个数和出现频率较卫星观测结果要明显偏低㊂此外,由O F E S 模式数据得到的脱落涡旋三维结构表明,黑潮控制区和黑潮西侧边缘生成的脱落冷涡的流场垂向影响深度差异较大,而脱落暖涡的流场垂向影响深度一般达水深1000m 以深,脱落涡旋的位势温度的垂向影响深度与该涡的流场垂向影响深度相当,其盐度的垂向影响深度则较浅;脱落涡旋的温盐结构受黑潮的影响较大㊂关键词:脱落涡旋;中国南海;黑潮;O F E S (O G C Mf o r t h eE a r t hS i m u l a t o r )中图分类号:P 734 文献标志码:A 文章编号:1671-6647(2021)02-0231-10d o i :10.3969/j.i s s n .1671-6647.2021.02.007引用格式:WA N GD Q ,F A N G G H ,X U TF ,e t a l .C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e e d d i e s s h e d f r o mt h eK u r o s h i o i n t o t h e S o u t hC h i n aS e a :b a s e do n t h eO F E So c e a nm o d e l d a t a [J ].A d v a n c e s i nM a r i n e S c i e n c e ,2021,39(2):231-240.王鼎琦,方国洪,徐腾飞,等.进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征 基于O F E S 模式数据[J ].海洋科学进展,2021,39(2):231-240.中尺度涡以持续性封闭环流为主要特征,其水平空间尺度和时间尺度通常为50~500k m ㊁几天到上百天,垂向影响深度可达水深上千米,并对海洋的物质和能量起着输运作用[1]㊂吕宋海峡是中国南海与西北太平洋相互作用的唯一深水通道,平均每年有4.2~5.0S v 净输运从西北太平洋穿过吕宋海峡进入南海[2-3]㊂黑潮是北太平洋的强西边界流之一,起源于菲律宾群岛东侧的北赤道流,具有高温㊁高盐㊁流速强㊁流量大㊁流幅狭窄等特性[2,4]㊂在吕宋海峡附近,黑潮由于没有西侧陆地的支撑或与太平洋西传波/涡碰撞时会发生摆动或形变,脱落形成的气旋式涡(冷涡)或反气旋式涡(暖涡)是黑潮入侵南海的主要形态之一,对于南海-西北太平洋水体交换具有重要影响[5-10]㊂1994年南海北部秋季海洋调查中李立等[11]在东沙岛附近观测到一个水平尺度约150k m ㊁垂向影响深度达1000m 的暖涡,具有次表层高盐核㊁中层低盐核的海水特性,说明该涡旋可能脱落自黑潮㊂李燕初232海洋科学进展39卷等[12]利用T o p e x/P o s e d i e n t(T/P)卫星高度计资料绘制出1996年10月 1997年1月台湾岛西南海域的位势高度变化过程,分析了一个反气旋式涡旋从黑潮流套路径中脱落㊁发展和消亡的过程㊂后来J i a等[13]结合卫星高度计资料和P O C M模式(P a r a l l e lO c e a nC l i m a t e M o d e l)结果,发现季风盛行期间黑潮在119ʎ30'~ 120ʎ00'E的海域常常脱落暖涡㊂Y u a n等[14]分析卫星遥感水色㊁海表温度和高度计资料发现黑潮一年四季都能以脱落暖涡的形式进入南海㊂曾丽丽等[15]利用WO C E-O U T的温度资料㊁T/P-E R S卫星高度计资料和P O C M模式结果等,分析了4个暖涡脱落时对南海北部的海温影响,发现其垂向影响深度为130~180m㊂W a n g等[16]利用多卫星遥感资料㊁卫星跟踪漂流浮标数据和2004年冬季实测水文数据等,在南海北部观测到1个黑潮脱落暖涡,并且该暖涡以10.5c m/s的平均速度向西南传播㊂L i u等[17]结合卫星高度计资料,通过三架水下滑翔机追踪一个由台湾西南侧黑潮流套形成并随后向西南方向迁移的暖涡,从而获得了该暖涡和周围水体的高分辨率温盐垂向结构,认为出现于水深50~175m处的高盐度核在一定程度上限制了垂直混合,从而有利于该暖涡保持黑潮水的特性㊂王鼎琦等[18]结合卫星高度计等多种海洋数据集,研究了黑潮脱落并由吕宋海峡进入中国南海的中尺度涡(简称脱落涡旋)的空间分布㊁季节变化及半径㊁振幅㊁生命时长㊁迁移距离和迁移速度等参数的统计特征㊂针对黑潮脱落涡旋的特征研究多集中于个例分析,未见对脱落涡旋三维结构的统计研究㊂黑潮入侵南海的重要方式之一就是脱落涡旋,分析黑潮脱落涡旋的统计特征及其三维结构,有利于深入研究吕宋海峡的水交换和动力学作用㊂与卫星高度计资料相比,模式资料除了给出海面高度,还包含了流场和温盐场数据,有利于更深入了解涡旋的结构㊂我们对比O F E S(O G C Mf o r t h eE a r t hS i m u l a t o r)模式数据产品和卫星观测结果,分析1993 2013年黑潮脱落并由吕宋海峡进入中国南海的中尺度涡的统计特征,并研究其流场㊁温度和盐度的三维结构及水团特性等㊂1数据和方法O F E S(O G C Mf o r t h eE a r t hS i m u l a t o r)模式数据产品是日本地球模拟器计算得到的一种长时间序列的高分辨率海洋模式资料㊂水平方向上范围为75ʎS~75ʎN,分辨率为0.1ʎˑ0.1ʎ,基本上覆盖了除南北极之外的全部海域㊂垂直方向上将深度2.5~5900m分为54层,参考真实海洋中温跃层厚度的垂向变化,每层间隔随着水深的增加而逐渐增大,从表层的约5m到最底层的近330m水深间隔[19]㊂M a s u m o t o等[20]通过对比高度计资料,发现该模式数据适用于研究大尺度环流的特征及中小尺度现象㊂我们为了研究黑潮脱落涡旋的统计特征和三维结构,选用夏威夷大学的亚太数据研究中心(A s i a-P a c i f i cD a t aR e s e a r c hC e n t e r)提供的1993 2013年O F E S的海表面高度(S S H,S e a S u r f a c eH e i g h t)㊁经向和纬向流速剖面以及温盐剖面资料,时间分辨率为3d[21]㊂C h a i g n e a u等[22]提出的变型W i n d i n g-A n g l e(WA)自动识别算法,用S S H等值线代替了流线,计算速度较快且在西北太平洋海域应用较广[18,23]㊂我们首先寻找在一个0.5ʎˑ0.5ʎ经纬度移动窗口内S S H极值来确定中尺度涡的中心位置㊂再从每个可能的冷涡(暖涡)中心出发,以1c m的增幅(减幅)向外寻找闭合的S S H等值线,最外围的等值线即是涡旋的边界㊂最后挑选出振幅超过3c m,包含网格点不少于12个但不超过2000个的单核中尺度涡㊂再通过距离法[24]利用连续时间的S S H场分析涡旋的迁移路径,对识别的涡旋进行追踪,即寻找下一时刻距离最近且极性相同(同为冷涡或暖涡)的涡旋㊂由于涡旋的平均迁移速度小于0.1m/s(图3),而O F E S 提供的S S H数据的时间分辨率为3d,那么3d迁移的平均距离小于30k m,故采用本方法能够较为准确地追踪各个涡旋并判定其路径㊂根据S S H数据绘制出每3天的等值线图(图略),识别与追踪黑潮脱落的涡旋,得到黑潮脱落并由吕宋海峡进入中国南海的中尺度涡(简称脱落涡旋)的中心位置等参数,再结合流速㊁温度和盐度的剖面数据,分析黑潮在脱落涡旋时的水文要素的三维结构㊂2期王鼎琦,等:进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征 基于O F E S模式数据233 2统计结果利用O F E S的S S H数据识别和追踪吕宋海峡附近海域的中尺度涡,可以发现1993 2013年黑潮由吕宋海峡进入中国南海的中尺度冷涡和暖涡分别有10个和29个㊂暖涡个数远大于冷涡个数,这与之前的卫星观测结果[18]一致㊂但涡旋个数均明显减少,特别是暖涡数量比卫星观测结果少一半以上,这可能是由于O F E S模式对于黑潮不稳定现象的模拟和卫星观测结果还存在一定差异㊂其中冷涡只有2个在黑潮控制区(包括黑潮流套区)生成,其余8个则是在黑潮西侧边缘生成;大部分暖涡均在黑潮控制区生成,仅6个暖涡是在黑潮西侧边缘生成㊂涡旋脱落的空间位置和迁移轨迹如图1所示,图中蓝色(红色)圆圈分别代表冷涡(暖涡)的脱落位置㊂涡旋的脱落均发生在118ʎ~121ʎE,19ʎ~22ʎN海域,位置较为集中,且更偏向于海峡的北部㊂迁移轨迹显示,模式得到的脱落涡旋以自东向西迁移为主,在西行过程中具有明显的向南偏移的趋势㊂与卫星观测结果不同的是,模式识别的涡旋迁移路径更长,这可能是由于模式的分辨率较高,可以较好地反映中尺度涡的活动过程㊂图1黑潮脱落冷涡㊁暖涡的空间分布及其迁移轨迹F i g.1 S p a t i a l d i s t r i b u t i o na n dm i g r a t i o n t r a c k s o f t h e c o l da n dw a r me d d i e s s h e d f r o mt h eK u r o s h i o涡旋特征主要参数有涡旋的半径㊁振幅㊁生存时长和迁移距离等,这些参数的定义及计算方法详见文献[18]㊂我们分别取10k m,1c m,10d和50k m为间隔,统计了脱落冷涡㊁脱落暖涡这些参数的出现频率(即出现次数除以总数)分布,绘制成图2㊂图2黑潮脱落涡旋的半径㊁振幅㊁生存时长和迁移距离的出现频率分布F i g.2 O c c u r r e n c e f r e q u e n c y o f t h e r a d i u s,a m p l i t u d e,l i f e t i m e a n dm i g r a t i o nd i s t a n c eo f t h e e d d i e s s h e d f r o mt h eK u r o s h i o234 海 洋 科 学 进 展39卷脱落涡旋半径主要分布在40~140k m ,冷涡和暖涡的平均半径分别为74.9k m 和89.1k m ;振幅均分布在3~20c m ,冷涡和暖涡的平均振幅分别为11.4c m 和10.5c m ;生存时长则主要分布在0~220d ,冷涡和暖涡的平均生存时长分别为101.4d 和122.0d ;迁移距离在0~1500k m 的涡旋较多,个别暖涡最远可以迁移1700k m 以上,冷涡和暖涡的平均迁移距离分别为672.7k m 和854.4k m ㊂与卫星观测数据的统计结果[18]对比,基于模式数据得到的脱落涡旋平均半径和平均振幅基本一致,但是生存时长和迁移距离则明显较大,尤其是冷涡,其平均生存时长和平均迁移距离差不多大了5倍㊂图3 黑潮脱落涡旋迁移速度的出现频率分布F i g .3 O c c u r r e n c e f r e q u e n c y o f t h em i g r a t i o n s pe e d of t h e e d d i e s s h e d f r o mt h eK u r o s h i o我们依据各个脱落涡旋在迁移过程中每个时刻涡旋中心所在的地理位置,计算相应的迁移速度㊂同样取2c m /s 作为间隔,统计出迁移速度的出现频率(图3)㊂脱落冷涡㊁脱落暖涡迁移速度在0~10c m /s 分别为80.3%和82.6%,速度大于20c m /s 的分别为1.0%和1.6%㊂统计得到的脱落冷涡和暖涡的平均迁移速度分别为7.4c m /s 和7.9c m /s ,略小于卫星观测结果(分别为8.4和8.3c m /s )㊂脱落涡旋个数的季节和年际变化(图4)显示,冷涡和暖涡均不是每个月都脱落㊂按通常的季节划分(即12月至翌年2月为冬季;3 5月为春季;6 8月为夏季;911月为秋季)后发现夏季的脱落涡旋数量较少;冷涡主要在春季脱落;暖涡脱落则是在秋季最频繁,冬季其次㊂冬季风时期脱落的暖涡㊁冷涡个数分别为14和7个,夏季风时期脱落的暖涡㊁冷涡个数分别为15和3个㊂因此我们认为季风对暖涡的脱落影响不大,但是冬季风作用下黑潮更容易脱落冷涡㊂冷涡和暖涡均不是每年都有脱落,平均每年脱落0.5个冷涡和1.4个暖涡(图4b)㊂图4 黑潮脱落涡旋个数的逐月和逐年变化F i g .4 M o n t h l y a n d y e a r l y va r i a t i o n s o f t h en u mb e r o f e d d i e s s h e d f r o mt h eK u r o s h i o 3 脱落涡旋的三维结构我们利用O F E S 模式得出的脱落涡旋经向和纬向速度及相应的位势温度和盐度剖面数据,绘制出所有脱落涡旋相应脱落日期的三维结构分布进行对比,分析表1中4个典型脱落涡旋(脱落位置见图1)各自的2期王鼎琦,等:进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征 基于O F E S模式数据235流场㊁温度㊁盐度三维结构㊂表14个典型脱落涡旋的多种参数T a b l e1 P a r a m e t e r s o f t h e f o u r t y p i c a l e d d i e s s h e d f r o mt h eK u r o s h i o涡旋编号涡旋属性源区脱落日期经度/E纬度/N振幅/c m半径/k mC E1冷涡黑潮控制区1993-05-01120ʎ45'20ʎ14'1192.0C E2冷涡黑潮边缘2000-08-10120ʎ04'19ʎ56'858.2A E1暖涡黑潮控制区2001-09-16119ʎ02'20ʎ54'31135.9A E2暖涡黑潮边缘2006-04-17119ʎ29'21ʎ38'549.33.1流场结构4个典型脱落涡旋C E1,C E2,A E1和A E2于脱落时刻在水深2.5,100,500,1000m处的流场分布见图5(图中蓝色㊁红色曲线分别表示脱落冷涡㊁脱落暖涡的边界)㊂由黑潮控制区脱落的冷涡区域(图5a的蓝色闭合曲线)的流场呈气旋式流动,且在涡旋边缘处的流速值较大,涡旋内部的速度值较小㊂随着深度逐渐加深,涡旋边缘的流速值逐渐减小㊂水深500m处流速高值区与低值区的差异已经不明显,且外圈流线开始不再闭合㊂因此我们认为这个冷涡的垂向影响深度约为500m,接近黑潮影响深度㊂图5脱落涡旋C E1,C E2,A E1和A E2的流场三维分布(据脱落日期的O F E S数据)F i g.5 T h r e e-d i m e n s i o n a l s t r u c t u r e o f t h e g e o s t r o p h i c c u r r e n t o fC E1,C E2,A E1a n dA E2w h e n t h e e d d i e ss h e d f r o mt h eK u r o s h i o(b a s e do n t h eO F E Sd a t a)在海域上层(水深100m及以浅),由黑潮西侧边缘海区脱落的冷涡C E2其边缘的流速高值区分布呈不对称,主要分布在冷涡的东北区域(图5b)㊂水深100m处涡旋C E2边缘的流速达到最大值,这可能是因为冷涡次表层水受到黑潮的影响更大㊂水深1000m处C E2边缘的流速高值区已不明显,但是其气旋式流动236海洋科学进展39卷特征依旧存在㊂因此我们认为这个冷涡的垂向影响深度可以达水深1000m以深,大于源自黑潮控制区的冷涡的垂向影响深度,可能是由于黑潮西侧边缘的脱落涡旋受黑潮影响较小㊂黑潮控制区㊁西侧边缘海区脱落的暖涡A E1和A E2的流场三维结构分布(图5c和5d)显示,暖涡区域的流场呈反气旋式流动,除涡旋中心区域外,流速均较大,且这一特征一直维持到水深1000m处,因此我们认为这2个暖涡的垂向影响深度均可达水深1000m以深㊂与脱落冷涡C E2的特征相似,源自黑潮西侧边缘的暖涡A E2的流场在上层海域也呈不对称分布,A E2的南部区域流速更大㊂3.2温度结构4个典型脱落涡旋脱落时刻的位势温度纬向-深度断面见图6a~6d㊁经向-深度断面见图6e~6h㊂图中红色的经纬度表示涡旋中心的地理位置㊂经度差的正值或负值,分别表示在涡旋中心的东部或西部;纬度差的正值或负值,分别表示在涡旋中心的北部或南部,图7同㊂图6脱落涡旋C E1,C E2,A E1和A E2的位势温度垂向断面(据脱落日期的O F E S数据)F i g.6 V e r t i c a l s t r u c t u r e o f t h e p o t e n t i a l t e m p e r a t u r e o fC E1,C E2,A E1a n dA E2w h e n t h e e d d i e ss h e d f r o mt h eK u r o s h i o(b a s e do n t h eO F E Sd a t a)脱落冷涡C E1的位势温度分布与东侧的黑潮存在较大差异(图6a),其结构似倒扣的碗,东西较为对称,且这一特征可维持到水深500m附近,与流场得到的垂向影响深度相符㊂经向的位势温度和纬向的结构形状相似,但是仅维持到水深200m处㊂由于受到地形影响,等温线的高峰偏向于水陆边界(图6e)㊂脱落冷涡C E2附近的温度结构约水深100m才出现较为对称的倒扣碗状,此深度与C E2边缘流速最大值的深度对应㊂该位温特征能维持到1000m附近,与流场得到的结果一致(图6b和6f)㊂A E1的位势温度结构似碗状,经向和纬向(图6c和6g)都较为对称,且这一特征可维持到水深1000m及以深,与流场三维分布(图5c)得到的垂向影响深度相符㊂A E2位势温度的东西向垂直分布(图6d)与C E2的(图6b)相似,在400m以浅海域温度呈东高西低的趋势,这是由于受到东侧黑潮的影响㊂其位势温度的经向碗状结构比纬向更为明显(图6h),且这一特征可维持达1000m,与流场得到的结果相符㊂3.3盐度结构4个典型脱落涡旋脱落时刻的盐度垂向断面的绘制方法与位势温度垂直断面相同(图7中黑色的经纬2期王鼎琦,等:进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征 基于O F E S模式数据237度表示涡旋中心的地理位置)㊂这些脱落涡旋的高盐度核均位于水深50~200m,这与L i u等的观测结果[20]一致㊂在水深50m以浅海域,C E1涡旋中心的盐度低于涡旋边缘的,即呈碗状结构;水深50m以深,其纬向分布似倒扣的碗,东西较为对称,且这一特征可维持到水深300m附近,略小于流场和位势温度的垂向影响深度;其经向结构和相应的经向温度结构相似,其北部次表层水盐度较高,使得倒扣碗状结构仅维持到水深150m附近㊂图7脱落涡旋C E1,C E2,A E1和A E2的盐度垂向断面(据脱落日期的O F E S数据)F i g.7 V e r t i c a l s t r u c t u r e o f t h e s a l i n i t y o fC E1,C E2,A E1a n dA E2w h e n t h e e d d i e s s h e df r o mt h eK u r o s h i o(b a s e do n t h eO F E Sd a t a)C E2的纬向和经向盐度断面(图7b和7f)表明其盐度结构与C E1相似,在水深100m以浅海域,呈碗状结构,在100m以深海域,则呈倒扣碗状,且维持到水深300m附近㊂A E1和A E2的盐度结构相似,在水深50m以浅海域,盐度分布较为均匀,50m以深开始呈现碗状结构,分别可以维持到水深400m和水深200 m左右㊂故盐度的垂向影响深度都小于流场和位势温度的垂向影响深度㊂4脱落涡旋与黑潮的温盐结构对比为了更好地研究进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡与黑潮的关系,对比分析来自黑潮控制区(图8a)和黑潮西侧边缘(图8b)的脱落涡旋的平均温盐结构,并与黑潮和中国南海的平均温盐结构进行对比㊂图8中曲线上的点(自上而下)表示水深为25,50,75,100,150,200,300,400,500,600,800,1000,1500,2000m㊂由O F E S模式产品得到的黑潮和中国南海水的平均温盐结构在次表层存在明显差异,黑潮水的温度和盐度均高于中国南海水的,而在水深200m以深海域,黑潮和中国南海具有较为一致的温盐变化趋势(图8a)㊂从黑潮控制区脱落的暖涡,其平均温盐结构与黑潮的具有高度一致性㊂虽然冷涡的温盐结构在次表层介于黑潮的和中国南海的之间,但是其盐度最大值与黑潮的较为相近,因此黑潮控制区脱落冷涡的温盐结构也与黑潮的更为接近㊂从黑潮西侧边缘脱落的冷涡和暖涡的温盐结构在次表层均介于黑潮的和中国南海的温盐结构之间(图8b)㊂但是由于脱落自黑潮的边缘,受黑潮高温高盐水的影响,冷涡和暖涡的盐度最大值均略高于中国南海水的㊂238海洋科学进展39卷图8 O F E S数据得到的黑潮控制区脱落涡旋㊁黑潮西侧边缘脱落涡旋的平均温盐F i g.8 M e a nT-Sd i a g r a m s o f t h ew a t e rm a s s o f t h e e d d i e s f o r m e d i n t h eK u r o s h i o-c o n t r o l l e da r e a s a n d t h ew e s t e r ne d g e o f t h eK u r o s h i ob a s e do nO F E Sd a t a5结论利用1993 2013年O F E S(O G C Mf o r t h eE a r t hS i m u l a t o r)模式数据产品,统计分析了黑潮脱落并由吕宋海峡进入中国南海的中尺度涡(简称脱落涡旋)的特征及其流场㊁温度㊁盐度的三维结构和温盐结构,得到5点结论:1)一共有39个脱落涡旋(10个冷涡和29个暖涡),其中大部分脱落冷涡在黑潮西侧边缘生成,大部分脱落暖涡则在黑潮控制区(包括黑潮流套区)生成㊂与卫星观测结果不同的是,模式得到的脱落涡旋个数和出现频率明显偏低;涡旋的脱落位置更为集中,且更集中于海峡的北部㊂2)利用O F E S模式输出的S S H(S e aS u r f a c eH e i g h t)数据,统计分析得到脱落冷涡和脱落暖涡的平均半径分别为74.9k m和89.1k m,平均振幅分别为11.4c m和10.5c m,平均生存时长分别为101.4d和122.0d,平均迁移距离分别为672.7k m和854.4k m㊂前2个参数与卫星观测结果较为接近,但是后2个参数则明显增大㊂3)脱落冷涡和脱落暖涡均不是在每月或每年都有出现,平均每年脱落0.5个冷涡和1.4个暖涡㊂冷涡主要在春季脱落,暖涡脱落则是在秋季最频繁,冬季其次㊂4)基于O F E S模式输出的经向速度㊁纬向速度㊁位势温度和盐度剖面数据,研究脱落涡旋的三维结构分布,发现黑潮控制区或西侧边缘脱落的冷涡的垂向影响深度变化较大,而脱落暖涡的垂向影响深度一般达水深1000m以深㊂温度的垂向影响深度与脱落涡旋的垂向影响深度较为一致,盐度的垂向影响深度则较浅㊂5)对比黑潮控制区和黑潮西侧边缘脱落的中尺度涡平均温盐结构和中国南海㊁黑潮的平均温盐结构,发现脱落涡旋的温盐结构受黑潮的影响较大㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] Z H A N GZG,WA N G W,Q I U B.O c e a n i cm a s s t r a n s p o r t b y m e s o s c a l e e d d i e s[J].S c i e n c e,2014,345(6194):322-324.[2] S U N XP.H y d r o g r a p h y o fC h i n a a d j a c e n t s e a s a n dn e i g h b o r i n g w a t e r s[M].B e i j i n g:O c e a nP r e s 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i l o tN a t i o n a lL a b o r a t o r y f o rM a r i n eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y(Q i n g d a o),Q i n g d a o266061,C h i n a;4.E a s tC h i n aS e aF o r e c a s t i n g C e n t e r,S O A,S h a n g h a i200136,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e d d i e s s h e d f r o mt h eK u r o s h i o i n t o t h e S o u t hC h i n a S e a a r e v e r y i m p o r t a n t f o r t h ew a t e r e x-c h a n g e,h e a t a n dm a s s t r a n s p o r t b e t w e e n t h eK u r o s h i o a n d t h e S o u t hC h i n a S e a.U s i n g t h eO G C Mf o r t h e E a r t hS i m u l a t o r(O F E S)o c e a nm o d e l p r o d u c t f r o m1993t o2013,w e a n a l y z e t h e s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h r e e-d i m e n s i o n a l s t r u c t u r e o f t h e e d d i e s.B o t h t h eO F E S a n d a l t i m e t e r d a t a s h o wt h a t1)m o s t o f c y-c l o n i ce d d i e sw e r es h e df r o mt h ew e s t e r ne d g eo f t h eK u r o s h i o,w h i l e m o s to fa n t i c y c l o n i ce d d i e sw e r e f o r m e dw i t h i n t h eK u r o s h i o-c o n t r o l l e d a r e a s,a n d2)t h en u m b e r o f t h e a n t i c y c l o n i c e d d i e s f a r e x c e e d t h a t o f t h e c y c l o n i c e d d i e s.T h en u m b e r o f t h e e d d i e s a n d t h e o c c u r r e n c e f r e q u e n c y o f s h e d d i n g r e v e a l e db y t h e O F E Ss e a s u r f a c eh e i g h t d a t a a r e r e l a t i v e l y l o wc o m p a r e d t h o s e r e v e a l e d f r o mt h e a l t i m e t r y d a t a.T h e a f-f e c t e dd e p t hb y t h e c u r r e n t a n o m a l y a s s o c i a t e dw i t h t h e c y c l o n i c e d d i e s v a r i e sw i t h t h e e d d y f o r m a t i o n a r e-a,w h i l e t h e a f f e c t e dd e p t h r e l a t e d t o a n t i c y c l o n i c e d d i e s u s u a l l y r e a c h e s o v e r1000m.T h e a f f e c t e dd e p t h b y t h e p o t e n t i a l t e m p e r a t u r e i n d u c e db y e d d i e sm a t c h e s t h e o n e a f f e c t e db y t h e c u r r e n t a n o m a l y,w h i l e t h e d e p t ha f f e c t e d b y t h e s a l i n i t y i s r e l a t i v e l y s h a l l o w e r.A n a l y s i s a l s o s h o w s t h a t t h e t h e r m o h a l i n e s t r u c t u r e o f t h e e d d i e s i s g r e a t l y a f f e c t e db y t h eK u r o s h i o.K e y w o r d s:e d d y s h e d b y t h e K u r o s h i o;S o u t h C h i n a S e a;K u r o s h i o;O F E S(O G C M f o rt h e E a r t h S i m u l a t o r)R e c e i v e d:A p r i l13,2020。
南海周边中全新世以来的海平面变化研究进展
２００７年１０月第２７卷第５期海洋地质与第四纪地质ＭＡＲＩＮＥＧＥＯＬＯＧＹ＆ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹＧＥＯＬＯＧＹＶ０１．２７．Ｎｏ．５０ｃｔ．．２００７南海周边中全新世以来的海平面变化研究进展时小军１’２，余克服１，陈特固１（１中国科学院边缘海地质重点实验室，中国科学院南海海洋研究所，广州５１０３０１，２中国科学院研究生院．北京１０００４９）摘要：综述了近几十年来前人有关中全新世以来南海海平面变化研究的主要成果，着重振计了研究中出现的争议和热点问题，结果表明，南海中奎新世确实存在高海平面，海平面最高有２～３ｍ，出现在７．Ｏ～５．５ｋａＢＰ；而此后的海平面变化呈振荡模式．波动降低到目前海平面的住置，且与温度波动有一定的同步性，揭示了它们之间的紧密联系。
而由卫星观测结果统计出的最近十几年以来南海海平面的上升速率迭３．９ｍｍ／ａ，略高于同期全球平均值；由验潮站统计出的南海海平面上升率为２，４ｍｍ／ａ，同样略高于相应的全球平均值。
最后还指出了研究过程中存在的主要问题与不足，井初步总结出一些改进措施：①使用高精度的定年技术，减少年龄误差；②在构造相时稳定的海岸段研究古海平面变化ｆ③尽量采用高精度的标志物．如微环碾、管彤虫壳等。
关键词：斋海平面ｌ振荡模式；中晚全新世；南海中国分类号：Ｐ７３６．２文献标识码：Ａ文章编号：０２５６－１４９２【２００７）０５—０１２ｌ一１２海平面变化是世界沿海各国（特别是岛国）政府、科学家以及普通民众都关心的焦点问题。
全世界约有半数以上的居民生活在距海不到６０千米的沿海地区，我国有４１％的人口和６０％以上的财富分布在沿海地区［１］，海平面上升将对包括中国在内的全球经济社会安全构成严重威胁。
南海海平面上升对华南沿岸，特别是经济较发达的珠江三角洲地区，威胁尤其巨大。
虽然已经意识到这种危机的存在，但是人类至今还未完全了解到全球海平面变化的规律和机制，很难准确预测未来海平面的变化趋势。
通过对全新世历史时期海平面变化的研究，将有助于提高我们对海平面变化规律的认识。
南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究
南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究作者：单哲毅来源：《科学与财富》2018年第22期摘要：本文针对南海中尺度涡旋的经年变动特性，结合理论实践，在简要阐述中尺度涡旋概念和分类的基础上，分析了南海中尺度涡旋对海洋水文物理性质造成影响，最后深入分析了南海中尺度涡旋的经年变动特性。
得出中尺度涡随季节变化比较明显，需要加大对中尺度涡旋的研究力度，才能降低对南海海洋水文物理性质影响的结论，希望对相关单位有一定帮助。
关键词：南海；中尺度涡旋；海洋水文物理性质；经年变化特征引言：近年来，南海物理海洋方面的研究不断深入，其研究的广度和深度都已经达到了前所未有的水平。
这在一定程度上揭示了我国南海海洋学的研究方向。
随着高精度、高分辨率卫星遥感资料的大量应用，使得我国南海海洋学的研究逐步向更高的方向发展，在这样的基础上开展南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究，就显得尤为重要。
1、中尺度涡旋的概念和种类中尺度涡旋在也被称之为天气式海洋涡旋，指的是海洋中直径在100～300km之间，寿命在2～10个月之间的涡旋。
和常规相比，中尺度涡旋的直径更大且寿命更长，但比海洋中终年存在的海洋大环流寿命比较短，因此，被相关专家称为中尺度涡旋。
根据中中尺度涡旋气旋方式的不同，大体上可以分为两大类，一类气旋式涡旋，在北半球呈现逆时针旋转，此种涡旋中心海水的运动方式为从下到上，从而把海洋中下层的冷水，提升到上层较暖的海水中，促使涡旋内部的水温略低于四周的海水水温，因此，也被称之为冷涡旋；另一类是反气旋式涡旋，在北半球呈现顺时针选择，其运动方式为自上而下，把海洋上层中的温度较高海水融入到下层温度较低的海水中，因此，其内部温度略高于四周温度，也被称之为暖涡旋。
中尺度涡旋会改变流经海区原有的海水运动，使得海流的方向变化多端，流速增大数倍至数十倍，并伴随有强烈的水体垂直运动。
旋涡中心势能最大，越远离中心，势能越小【1】。
2、中尺度涡旋对南海水文物理性质的影响2.1中尺度涡旋对SST的影响气旋和反气旋式中尺度涡旋，分别对应着低海面高度和高海面高度，在地转的作用下，可促使南海海水发生幅散和幅聚，此时会引起海面上层和下层的上升下降来进行科学合理的补充，使得南海海面呈现出低和高的SST。
南海中尺度涡的时空变化规律Ⅰ.统计特征分析
高精 度 的卫 星高 度 计 资 料 ， 比较 全 面地 统 计 分 析 南 海 中尺度 涡 （ 包括 生 命 周期 小 于 ６ Ｏ ｄ ） 的时 、 空 分 布 特征 ， 并 研 究 了涡旋 的存 在对 海面高 度 变化 的贡献 ．
结构更 具 复杂性 ． 多 年 以来 ， 南海 的环流 结构 和演 变
２ 资料 和方 法
２ ． １ 资 料
卫星 高 度计 资料 采 用 ｃ Ｉ Ｓ （ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ Ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｉ ｓ ａ ｔ ｉ —
ｏ ｎ Ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓ ） 中 心 提 供 的 ＡＶＩ Ｓ Ｏ 海 平 面 高 度 异 常
统 计规律 把 握得 不够 ． 近期 ， 随 着空 间探测 手 段 的提
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ６ — ０ ６ — １ ２ ；修 订 日期 ：２ ０ ０ ７ — ０ ２ １ ５ ．
基金 项 目 ：中 国 科学 院 知识 创 新 工 程 重 要 方 向项 目 （ ＫＺ Ｃ Ｘ３ Ｓ Ｗ・ ２ ２ ２ ） ； 国家 自然 科 学 基 金 项 目（ ４ ０ ５ ７ ６ ０ １ ６ ） ． 作者简介 ： 林鹏 飞（ １ ９ ８ ０－ ） ， 男， 福建省漳州市人 ， 博士研究生 ， 从 事 过 中 尺度 涡旋 的统 计 和海 洋模 拟 研 究 ． Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｎ ｐ ｆ ＠ｍａ ｉ ｌ ． ｉ ａ ｐ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ
Ｉ．统 计 特 征 分 析
林 鹏 飞 ～， 王 凡 ｈ ，陈 永 利 ，唐 晓 晖 。
（ １ ．中 国 科 学 院 海 洋 研 究 所 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ； ２ ．中 国科 学 院 大 气 物 理 研 究 所 大 气科 学 和 地 球 流 体 力 学 数 值 模
2009-2010年冬季南海东北部中尺度过程观测
第 １ 期
海
洋
学
报
Ｖ ｏ Ｉ ４。 Ｎｏ ｌ３ ．１
２１ 年 １ ０２ 月
ＡＣＴＡ ０ＣＥＡＮ０ＬＯＧＩ ＣＡ Ｉ ＣＡ Ｓ ＮＩ
Ｊ ｎ ａ ｙ２ １ ａ ｕ ｒ ０ ２
２ ０ －２ １ ０ ９ ０ ０年 冬 季 南海 东北 部 中尺 度 过 程观 测
刘 长 建 ， 伟 夏华 永 杜 岩 庄 ， ，
收 稿 日期 ：０ ００ ０ 修 订 日期 ：０ ０１—６ ２ １ ８ｌ ； ２ １— ２０ 。
２ １ 冬季 ，０ ０ ０年 ９ ８项 目依 托其 补充 调查“ 海 北部坡 南
基金 项 目 ： 峭 近 海 海 洋 综 合 调 查 与评 价 专 项— — 南 海 北 部 坡 折 带 水 体 环 境 调 查 与研 究 项 目（ ０ —１Ｂ Ｏ ； 海 北 部 环 流 的 动 力学 诊 断 分 析 我 ９ ８０ 一 ＣＩ ）南 项 目（ ８ １ ｝ 国科 学 院 知识 创 新 工 程 项 目（ Ｃ 一 Ｗ－ Ｒ一４ ； Ｆ 一 东 联 合 基 金 （ ０ ３ ０ ） ８ ３ 目（０ ８ ０ ７）中 ＫＺ Ｘ２Ｙ Ｂ ０ ）ＮＳ Ｃ 广 Ｕ１ ３０ ３ ；６ 项 ２ ０ ＡＡ０ Ａ４ ２ 。 ９ ０ ） 作 者 简 介 ： 长建 （９ ９ ）男 ， 苏 省 泰 兴 市 人 ， 士 ， 要 从 事 物理 海 洋 学 研 究 。Ｅ ｍａｌ ｌ ｈ ｈ ｓｓｏａ ．ｎ 刘 １７ 一 ， 江 硕 主 — ｉ： ｃ ｈ ＠ ｃｉ．ｃｃ ｊ
生 。就 季节平 均 环 流而 言 ， 们 对 于 其结 构 和动 力 人 机制 已经建立 了初 的认识 框架 ， 并未完 全清 楚 。 但
目前 的研 究 已证 实 的 主要 流 系 包 括 ： 沙 岛 附近 终 东
南海中尺度涡生态效应的遥感研究
0.12
一
图4.15多年叶绿素平均(2002—2009年6月到9月间)
Figure 4.15GSM chlorophyll averaged
from June to September 2002—2009.Chlorophyll and dynamic variables(eddy kinetic energy(EKE)and offshore transport(Mx))used for the multiple linear regression analysis are extracted from the black and red boxes.
EKE:二f材2+v214.1
2、
其中甜和v分别表示纬向和子午方向的地转流速度异常。
从亚太数据研究中心(APDRC)获取TRMM.TMI的日海表面高度数据, ERDDAP日风应力数据以及QuikSCAT日海表面风场数据,将这些数据网格化到1/40×1/40,然后进行7天平均。离岸传输(Mx)通过公式4.2计算
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第五章中尺度涡内部表层浮游植物藻种分布初探
第五章中尺度涡内部表层浮游植物藻种分布初探
5.1引言
浮游植物通过光合作用将海水中的无机碳转化为有机碳,其固碳作用在全球碳循环中起着非常重要的作用。不同浮游植物种群对海洋碳循环及其相关的生物地球化学元素存在不同的影响。浮游植物中的叶绿素浓度是引起海洋水色变化的主要因素,因此早期主要用海水中叶绿素的浓度估算海洋光合作用或初级生产力。然而,由于不同藻种所含的其它色素浓度差异,表现出不同的光合作用和光谱特征。根据这些色素的小的光谱特征差异能够识别不同的藻种信息。但是由于对不同藻种的光谱特征认识有限,藻种信息的遥感提取在早期的海洋水色研究中研究的相对较少。1999开始的法国的GeP&CO项目对全球海洋的浮游植物藻种进行采样,试图研究常见藻种的遥感反演算法。Alvain等(2005)提出的PHYSAT 方法为不同藻种信息的遥感提取提供了可能。
南海北部次中尺度过程数值研究
南海北部次中尺度过程数值研究罗士浩;经志友;齐义泉;谢强【摘要】近年来的观测与理论研究发现,海洋上混合层存在一类水平尺度为0.l～l0km、时间尺度为～O(1天)的重要物理过程,称之为次中尺度过程.该过程具有较大的罗斯贝数(Ro)和较小的理查森数(Ri),它能有效地通过次级不稳定从中尺度地转过程中汲取能量,并向小尺度湍流混合串级,从而对上层海洋物质能量输运、中尺度过程变异、海气相互作用,以及混合层再分层等产生重要影响.利用区域海洋模式系统ROMS(Regional Ocean Modeling System)进行水平分辨率约为lkm的高分辨率数值实验,对南海北部的次中尺度过程进行了初步探讨.分析结果表明,南海北部海域有着丰富的中尺度涡旋与海洋锋面活动,且涡旋与锋区边缘存在显著的次中尺度现象.通过对次中尺度涡旋个例的稳定性和能量分析发现,锋面海域强烈的水平浮力梯度导致了涡丝边缘的Ertel位涡小于0,并引起对称不稳定,锋生作用是该次中尺涡旋南侧发生对称不稳定的主要动力机制.同时,对称不稳定能有效地从地转剪切中汲取能量并向小尺度湍流混合串级,其能量汲取的最大值出现在20m深度,约为4×10-7W.kg-1.【期刊名称】《热带海洋学报》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】10页(P10-19)【关键词】南海北部;次中尺度过程;数值模拟;锋生作用【作者】罗士浩;经志友;齐义泉;谢强【作者单位】热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所),广东广州510301;中国科学院大学,北京100049;热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所),广东广州510301;热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所),广东广州510301;热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所),广东广州510301【正文语种】中文【中图分类】P731近年来随着卫星遥感技术的发展和数值模式分辨率的提高, 活跃在上层海洋中的次中尺度现象及其物理过程已逐渐被发现, 并被观测所证实, 引起了科学家们的广泛关注(Flament et al, 1985; Bruce, 1995; Munk et al, 2000; Capet et al, 2008a; Thomas et al, 2008; Klein et al, 2009; D’Asaro et al, 2011; Thomas et al, 2013; Holmes et al, 2014)。
卫星和模式数据分析的南海中尺度涡的统计特征
卫星和模式数据分析的南海中尺度涡的统计特征江伟;王静;邢博【摘要】为了进一步了解南海中尺度涡的统计特征,利用OFES数据资料和最新的AVISO卫星资料,采用速度矢量涡旋识别方法和空间距离搜索法,对南海中尺度涡的特征加以统计分析.结果表明,南海海域是中尺度涡的多发区,尤其是在南海北部靠近吕宋海峡的区域存在较多的中尺度涡,这些中尺度涡的运动方向都是自东向西;同时在南海的西边界流区也存在较多的中尺度涡,它们的运动轨迹则是与局地的表层流的方向有很大的关系,有很多是自南向北运动.同时西北太平洋的西边界流处也有大量的Rossby波以中尺度涡的形式传来.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】6页(P22-27)【关键词】南海;中尺度涡;时空特征;资料分析;AVISO;OFES【作者】江伟;王静;邢博【作者单位】海军海洋水文气象中心,北京100161;海军海洋水文气象中心,北京100161;海军海洋水文气象中心,北京100161【正文语种】中文【中图分类】P731.21南海面积约356万km2，是我国最深、最大的海，同时也是仅次于珊瑚海和阿拉伯海的世界第三大陆缘海。
南海的地理位置独特，作为连接印度洋和太平洋的重要枢纽，越来越引起海内外研究学者的关注。
南海东侧的吕宋海峡是连接南海与西太平洋的重要通道，而吕宋海峡外侧的黑潮对南海的环流产生重要影响。
此外，加之整个南海海域受季风作用明显，使南海的环流结构颇为复杂［1］。
由于海洋环流与南海的生态、环境和气候息息相关，其结构和演变规律必然成为海洋学家所关注的问题之一。
其中，由南海的海上观测资料和卫星高度计资料显示出南海存在非常活跃的中尺度现象。
一些中尺度现象的强度甚至可以和南海定常环流的强度相比拟，其动力学意义以及对人类海洋活动的影响不容忽视。
因此，研究南海的中尺度现象对认识和开发利用南海具有重要意义［2］。
中尺度涡以长期封闭环流为主要特征，通常典型的空间尺度为50～500 km，时间尺度为几天到上百天，是海洋物理环境的一个重要组成部分。
南海季风爆发期间中尺度对流云带演变特征与持续性加强的机理研究
南海季风爆发期间中尺度对流云带演变特征与持续性加强的机理研究李香淑;郭学良;付丹红;杨保【期刊名称】《大气科学》【年(卷),期】2011(35)2【摘要】By using data of Precipitation Radar (PR) and Microwave Imager (TMI) sensors on the Tropical Rainfall Measuring Missions (TRMM), and intensive observational sounding data, the evolution characteristics and longlasting development mechanism of mesoscale convective clouds over the northern South China Sea (15°N- 25°N, 108°E- 122°E) in the South China Sea Monsoon Experiment (SCSMEX) are studied. The results show that the cold frontal cloud band from southern China coastal region started to weaken and dissipate as it entered the South China Sea before onset of the monsoon, and intensified and developed into deeper and long-lasting convective clouds with heavy precipitation after onset of the monsoon. The convective available potential energy (CAPE), wind shear and latent heat were found to play very important roles in maintaining and developing of the intense convective clouds. Before the monsoon onset, though the atmosphere over the northern South China Sea had higher CAPE, the wind shear was too weak, thus, the convective cloud band could not last longer. During the monsoon period, the monsoon circulation maintained the high CAPE and wind shear, and led to a long-lastingdevelopment of intense convective cloud system. The heating rate due to latent heat release also increased more than two times during the monsoon period, which provided the favorable condition for upward transportation of energy and water vapor from the ocean.%南海季风爆发与随后爆发的东亚季风,与夏季东亚地区旱涝关系密切,而相伴的南海对流活动与季风爆发的维持和发展存在何种相互关系,是需要探究的.为此,利用热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)的雷达(Precipitation Radar,PR)、微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)、加密探空等综合观测资料,研究了1998年5～6月中国南海季风试验(South China Sea Monsoon Experiment,SCSMEX)期间南海北部(15°N～25°N,108°E～122°E)中尺度对流云带的结构、演变和降水特征,探讨了对流有效位能、风切变及相变潜热在对流云带维持和发展中的作用机理.结果表明,季风爆发前南海北部地区尽管存在较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE),但垂直风切变很小.季风爆发后,季风环流使对流有效位能和垂直风切变加强和维持,从而导致南海的对流云呈现维持和加强的态势,可发展为深厚中尺度对流云,降水加强.季风爆发期间对流发展产生的水分相变潜热加热率可增加2倍以上,加热、加湿廓线幅度加大、厚度变深,不仅为南海热量、水汽的向上持续性传输提供了有利条件,而且频繁持续的对流活动所提供的热力、动力效应对季风环流的发展和维持的是起正作用的.【总页数】13页(P259-271)【作者】李香淑;郭学良;付丹红;杨保【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州,730000;中国科学院大气物理研究所云降水与强风暴实验室,北京,100029;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院大气物理研究所云降水与强风暴实验室,北京,100029;中国气象科学研究院,北京,100081;中国科学院大气物理研究所云降水与强风暴实验室,北京,100029;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州,730000【正文语种】中文【中图分类】P426【相关文献】1.台湾地区中尺度试验期间梅雨锋及其对流云团的研究 [J], 马群飞;赵思雄2.南海季风区冰相相变潜热对中尺度对流云和降水影响作用的数值模拟研究 [J], 付丹红;郭学良3.南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征 [J], 柳艳菊;丁一汇4.1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统的研究:I 中尺度对流系统发生发展的大尺度条件 [J], 柳艳菊;丁一汇;赵南5.1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统的研究:Ⅱ中尺度对流系统对大尺度场的作用 [J], 柳艳菊;丁一汇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第20卷第2期2005年2月地球科学进展ADVANCES I N E ART H SC I ENCEVol.20 No.2Feb.,2005文章编号:100128166(2005)022*******南海中尺度波动现象研究进展3蔡树群,董丹鹏,王盛安,龙小敏,黄企洲(中国科学院南海海洋研究所LE D重点实验室,广东 广州 510301)摘 要:Kelvin波和Rossby波是经常出现于海洋中的边界波;南海的复杂岸线、陡变地形和热盐场时空结构的不均匀性具有形成强迫Kelvin波和地形Rossby波的条件。
现有研究表明,南海大部分中尺度涡形成于东部一些较大岛屿附近;这些中尺度涡一旦形成后,就在β效应作用下向西移动并最终耗散于西边界,且其波动一般以Rossby波的形式向西传播。
因此,南海环流的多涡结构与中尺度波动之间存在着一定的联系。
在南海北部,中尺度涡主要由黑潮入侵和风应力旋度所诱生,而在南海南部而以风应力旋度为主要成因。
提出了利用线性波动动力学模式来研究南海南部中尺度波动、分析风应力强迫所产生的中尺度波动特征和规律,并据此建立相应的数值模式来揭示该海区环流的动力学和热动力学机制的思路,以便了解该海区流场季节性变化与中尺度波动之间的内在关系。
关 键 词:中尺度波动;环流;涡旋;南海中图分类号:P731 文献标识码:A0 引 言众所周知,在重力和科氏力作用下,海洋中的大尺度水平波动可按其恢复力的性质分为2类[1]:一类是以重力为恢复力并同时受到地转影响的波动,通常称为重力波;另一类是以科氏参数随纬度变化的β效应为恢复力的长波,通常称旋转梯度波、罗斯波或行星波。
由于实际海洋中存在侧边界、纬度和地形的变化,水平大尺度波动便可能变形成为水平各向异性的被拦截的“边界波”,它包括[2,3]:开尔文波、边缘波(在海岸附近和陆架被拦截的重力波)、陆架波(在海岸附近和陆架被拦截的罗斯波,或称地形强迫罗斯波)、双开尔文波和海底拦截波等。
此外,在上升流区,由于锋面的存在还会出现锋面波;以及由于在赤道附近因科氏参数发生变号导致罗斯波和惯性重力波呈现出显著的经向形变。
与边界波不同,有些波动并不会富集于拦截区内而是自由地向开阔海域传播,即所谓漏泄波,如在陆架上的斯弗德鲁普(Sverdrup)波和普安卡雷(Poincare)波。
1 南海环流的多涡结构和中尺度波动现象南海是一个半封闭海盆,海盆的地形十分复杂,其西北和西南部具有宽阔的大陆架,而东西两侧地形异常陡峭,故200m等深线基本上构成了一个长轴向为东北—西南向的菱形海盆;南海中部和东部则是深度逾4km的深海盆,众多的岛礁、浅滩及暗沙散布其间,尤其是在南部海区。
南海北部是一个环流结构相当复杂的海区,其受黑潮入侵、季风、净热通量等的影响,水团性质主要受南海海盆水和黑潮水两大水系的支配,流态格3 收稿日期:2003211220;修回日期:2004205224.3基金项目:中国科学院南海海洋研究所知识创新工程领域前沿项目(编号:LY QY200310);国家自然科学基金项目“南海南部流场季节性变化与中尺度波动特征的研究”(编号:40376003);“十五”南沙群岛及其邻近海区综合调查课题(编号:2001D I A50041)资助. 作者简介:蔡树群(19682),男,广东省汕头人,研究员,主要从事海流数值模拟、内波研究.E2ma il:caisq@scsi 局多变,涡旋众多,因此其研究成果虽多但颇有争议[4～6]。
相比之下,南海南部环流的研究尚不多,但有一点似乎比较肯定,即其流态主要受季风和净热通量等的影响[7～9]。
现有关于该海区环流特征的认识,主要是通过一些海洋水文物理调查、数值模拟结果取得的[3,10]。
近20多年来,南海(特别是南海南部)的环流研究随着其日益重要的区位优势和资源的需求而受到重视。
如在1977—1978年和1982—1983年的南海中部调查以及多年的“南沙科学考察”,取得了自W yrtki[11]根据船舶漂移资料和风资料首次给出南海表层环流的季风漂流形态以来的一些很有意义的成果。
如通过利用观测的温盐(包括进行内插的)资料分别计算了包括南海南部在内的地转流场[12～14];又如,通过数值模拟研究揭示了整个南海海区环流的季节变化特征[7,15～17]。
根据上述的研究成果,可以归纳得到平均意义上的南海南部的上层环流结构大致为:在夏季风期,该海域的上层为一个大尺度的反气旋式环流所控制,环流的形态近似为流轴大致沿西南方向延伸的椭圆,环流的西翼为一支强的东北向沿岸风生海流(有称“越南沿岸急流”)[14],位于万安滩之东南、南沙海槽西北部还各有一个小的气旋涡;在冬季风期,南沙海区西部存在一个中尺度的气旋式环流,环流的西翼随季风转向而为一支西南向的沿岸流,而在东部,则相应存在一个相当尺度的反气旋式环流与之相抗衡,此外,在这一对涡旋的北部(即南海中部)为一个反气旋式环流;而在季风的转换期(春季和秋季),该海域的环流结构则为处于冬夏季风期的流态之间的多涡结构。
风应力(旋度)被认为是流场季节性变化的主要成因,而净热通量、侧边界效应、行星效应和非线性效应等是流场变化的另一些重要因素。
随着大量对南海的实测调查的深入,人们对观测发现的某些环流结构,特别是对其产生的动力学和热力学机制还有着许多疑问。
如南海南部的上层环流,在1989年12月的一次南沙考察结果中表明,在南沙海槽处存在着一个气旋式环流[18];而在1993年12月的一次南沙群岛及其邻近海区的考察中则发现,在南沙中西部海区上层存在着一个中尺度的气旋式环流,但在其东部则相应存在一个相当尺度的反气旋式环流[14]。
在近几年诸如“南海季风试验”和“中国近海环流形成变异机理、数值预测方法及对环境影响的研究”等项目的组织策划下,人们进行了几乎覆盖整个南海海域的遥感观测和水文气象现场试验,依据这些观测资料计算得到的结果[19～22]是:夏季风爆发前(春季),中南半岛以东海区有2个反气旋涡,在南海中部为一气旋性环流,而在夏季风爆发后(夏季),中南半岛以东海区变为一个反气旋涡,而在南海中部的气旋性环流范围减弱。
这似乎有点出人意料,因为夏季风爆发前(春季)后(夏季)的中南半岛以东海区存在(2个或1个)反气旋涡与上述平均意义上的认识有所不同,因此,人们自然会提出这样一些问题:这些反气旋涡是由局地的风应力所诱生,还是首先在南海东南部形成后,在β效应作用下向西移动而来[23,24]?总之,形成这种异常的动力学和热力学机制及其变化的成因尚待进一步的研究。
此外,多年的卫星遥感资料也表明[7,25～28],南海流场和海面高度场还存在着较大的年际变化,这可能与海面风应力场的年际变化波动存在着很大的关系。
根据最近连续8年的卫星高度计资料研究表明①,南海大部分中尺度涡形成于东部一些较大岛屿附近并绝大部分向西传播、最终耗散于西边界。
一般来说,中尺度涡一旦形成后,它就在β效应作用下向西移动,且其波动一般以罗斯波的形式向西传播[29]。
因此,南海环流的多涡结构与中尺度波动之间一定存在着紧密的关系。
实际上,由于南海的岸线和地形复杂多样,岛礁星罗棋布,存在着因海底地形变化和岸界而形成的地形“边界区”、热盐场时空结构的不均匀性而形成的锋面“边界区”和由于科氏参数在赤道上发生变号而形成的赤道“边界区”,因此具有形成各种中尺度(正压和斜压)波(如强迫开尔文波、地形罗斯波)的条件,而南海环流的多涡结构,则可认为是在运动学的层面上显示了各种大尺度波动及其相应的边界波的存在[3]。
目前,对南海环流动力机制的研究已取得一些初步的成果,如Metzger等[30]曾利用一个112层的约化重力模式研究了风应力和黑潮对于南海环流的贡献。
W u等[25]根据数值模拟结果指出南海流场和海面高度的季节变化主要与波动的第一、二模态有关。
蔡树群等[31,32]通过利用正压(一层)陆架海与斜压(两层)深海耦合模式研究表明,冬季南海南部可能出现以一个反气旋涡在南沙海槽处产生、发展181第2期 蔡树群等:南海中尺度波动现象研究进展 ①王桂华,苏纪兰.用高度计资料研究南海多涡结构及其运动规律.见:中国物理海洋学的进展与展望战略学术研讨会摘要集.2003.并向西传播乃至衰减的周期性过程,但只是揭示了斜压第一模态开尔文波和罗斯波的一些运动学特征;另外,这种波动现象并未从现有实测资料中得以证实。
Is o等[33]根据4层的等密度面层化模式结果,认为南海流场的形态与第二斜压模的罗斯波传播有关。
上述的研究均未反映净热通量的影响。
Hu等[34]指出南海海面高度存在着3～6个月的变化;L iu等[28]通过实测资料和模式研究指出南海海面高度的季节变化与风应力旋度引起的斜压罗斯波传播有关。
Yang等[35]再次通过高度计资料和模式结果来证明南海北部冬季吕宋冷涡的移动确实是由风强迫罗斯波的传播引起的(而黑潮入侵并不重要)。
那么,南海南部的中尺度波动特征如何?相比而言,目前关于南海中尺度波动这方面的研究仍很少[36]。
另外,南海南部流场的季节性变化主要与哪些模态的中尺度波动(特别是强迫开尔文波和地形罗斯波)有关?不解决这些问题,则我们在建立数值机制模式来揭示南海南部流场的动力学和热动力学机制之前对于在垂向上(等密度面)分几层就存在着人为性和盲目性,进而影响对数值模拟结果的解释。
2 讨论与展望Yu等[37]曾利用一个基于线性波动原理、由风应力驱动的动力学模式来研究赤道太平洋的海流、跃层深度、动力高度等的季节性波动及其成因,发现这些参量的西(东)传播与第一、二个斜压模态的开尔文波和罗斯波的传播有关。
该模式应用的前提是风应力驱动是绝对占主导因子的外力因素。
这一研究给予我们很大的启发,因为在南海南部,黑潮入侵的影响相对较小[32],风场的驱动是导致上层海流季节性变化的一个重要因素,因而可以将该模式推广到南海南部中尺度波动传播特征的研究上。
目前,由于各种海面风应力资料(如卫星遥感资料、COADS资料及Heller man&Rosenstein资料)的来源和处理方法不同,相应得到的风应力资料量值也就存在着较大的差异[38]。
因此,我们首先必须从各种海面风应力资料的比较分析中确定相对稳定而合理的风场;之后,通过采用变量分离法,在线性化理论的基础上,利用基于线性波动原理的动力学模式来分析风应力强迫所产生的中尺度强迫开尔文波和地形罗斯波的各个模态的传播特征和规律;同时,通过搜集南海南部的实测风应力、温度、盐度、海流和海面高度资料,从中研究和分析该海区流场的季节性变化规律。
综合上述观测和理论分析的结果,研究这些中尺度波动与流场季节性变化之间的关系;从中分析流场的季节性变化主要与哪几个模态的强迫开尔文波和地形罗斯波的传播有关,并据此建立一个能够反映上述正压和几个主要斜压模态的动力学和热动力学机制的等密度面层化的机制模式(如假设上述海区的流场季节性变化主要与前4个斜压模态的强迫罗斯波和地形罗斯波的传播有关,则层化模式在垂向上至少要取4(4个斜压模态)+1(1个正压模态)=5层,依此类推,这样的模式结果才能较准确地揭示流场变化的机制),根据多个数值模拟试验的结果,重新评估风应力、净热通量、外海水交换(如苏禄海、爪哇海)等因子对南海南部海区流场季节性变化的贡献,这有助于进一步揭示该海区环流的动力学、热动力学机制,弄清楚该海区流场季节性变化与中尺度波动之间的内在关系,最终提高对该海区环流多涡结构的形成机制、维持和演变规律的认识,这对于南海区域海洋学和物理海洋学具有重要的学术意义。