基于卫星高度计的黑潮及其延伸体低频变化的研究

【摘要】：黑潮及其延伸体的低频变化包含了日本以南的黑潮路径变异和黑潮延伸体海域流量及位置的低频变化。本文利用CNES提供的18年（1993-2010年）卫星高度计Topex/Poseidon、Jason-1/2和ERS/Envisat的融合后的数据，对日本以南黑潮及其延伸体海区的海平面异常进行了EOF分析，得到了黑潮及其延伸体海域总体的时空变化特征。接着分析了黑潮延伸体海域低频变化的可能机制。最后对2004——2005年发生在日本南部的黑潮大弯曲事件的形成和衰退进行了研究。主要内容和结论如下： 首先，利用EOF方法及小波方法对1993-2010年间的卫星高度计资料进行了分析，考察了日本以南黑潮及其延伸体区域的海平面异常和中尺度涡的时空变化特征。研究结果表明：海平面EOF第一模态是季节模态。EOF的第二模态主要反映了黑潮南部再循环流的变化情况，显著性周期是8-10年。通过相关分析发现黑潮延伸体南部再循环流的年代际变化与PDO有关，同时它又与风应力旋度第一模态有关。 EOF第三模态是日本以南黑潮路径变异模态。日本南部的气旋涡和反气旋涡可以表征黑潮弯曲的形成，而且弯曲强度和涡的持续时间、强度和位置有关。 接着，论文分析了黑潮延伸体海域低频变化的过程。研究的结果显示太平洋年代际振荡（PDO）的年代际变化可能引起北太平洋东部风应力变化。风应力通过Ekman抽吸引起该海域的海面高度异常的变化。北太平洋东部产生海面高度异常（SSHA）信号西传到黑潮延伸体区域从而引起黑潮延伸体和再循环流的强度，位置以及中尺度涡场的年代际变化。 在EOF分析的结果中能够看到黑潮的一个重要特征是日本南部的大弯曲现象。因此，论文进一步考察了数据覆盖的18年期间发生的唯一的一次大弯曲事件——2004/05年黑潮大弯曲。论文首先研究了作为2004年黑潮大弯曲形成的初期——九州东南小弯曲的产生和发展过程。研究发现来自东海的伴随着高位势涡度（PV）异常的扰动和来自黑潮再循环流的气旋涡对小弯曲的产生有重要的作用。来自再循环流的气旋涡触发了九州东南的初始的气旋式异常。当高位势涡度异常通过吐噶喇海峡时，会通过增强水柱的垂直伸展产生一个较大的正涡度，这个正涡度通过涡度平流输送到九州东南，并且在那里积累。随后，小弯曲产生。而小弯曲发展过程中的衰退和加强的过程则表明来自东海的扰动会影响小弯曲的水平尺度。追踪东海的扰动发现该扰动是一个较强的反气旋涡与台湾以东的黑潮相遇所产生的锋面波。该锋面波携带着附近大陆架边缘通过粘性产生的高位势涡度异常沿着黑潮传播，并输送大量的高位涡异常到吐噶喇海峡，对触发弯曲的产生和发展产生重要的影响。 最后，论文分析了2004年9到2005年10月黑潮大弯曲衰退的过程。2004年9月到2005年1月黑潮处于大弯曲路径。随后在2005年1月底和6月黑潮大弯曲在伊豆海岭发生了两次路径转换，在两次路径转换之后大弯曲的幅度迅速减小，直到弯曲消失。涡度方程诊断分析的结果指出这两次路径转换是由上游的扰动沿着黑潮传播引起的。另外在这两次路径转换的同时大弯曲的幅度也在减弱。通过分析指出两种弯曲幅度减弱的机理。（1）来自上游的扰动从大弯曲中抽取了高位势涡度异常水。（2）高位势涡度水通过平流从弯曲槽流向下游。