南海中尺度涡的时空特征研究

【摘要】：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。对于越南东部海域,我们确认并指出位于越南东部沿岸的偶极子涡旋是生消于夏秋季的一对季节性涡旋,其垂向超过400m,但上层100m部分最强。偶极子有着显著的年际变化,主要被局地风应力旋度的年际变化所影响。偶极子能在上层380m引起显著的温度异常,在上层150m引起显著的盐度异常,并且冷涡(暖涡)显著抬升(压迫)温跃层。进一步,我们通过数值模拟讨论了偶极子的产生机制,认为气旋涡的产生和演化主要被局地风应力旋度所控制,亦被南海北部气旋式环流所增强。反气旋涡的产生和演化则归因于局地风应力旋度、平行于越南东南沿岸的风应力以及热通量的共同作用,亦被南海南部反气旋式环流所增强。 最后,我们从整体角度出发,统计研究了多年来南海中尺度涡的主要特征及其时空变化,并结合Argo浮标温度剖面资料,研究了涡旋对温度分布的影响。