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黑潮-亲潮交汇区西亚北极锋特征分析

朱科澜  
【摘要】:黑潮-亲潮交汇区的西亚北极锋影响着水团生成、物质输运以及三维温盐流场精细化结构。本文基于卫星遥感资料,HYCOM再分析资料以及海洋调查观测资料,分析了西亚北极锋强度与位置季节变化、锋区热盐细结构和混合特征,具体工作如下:1、分析了西亚北极锋季节变化特征亚北极锋平均位置主要分布于143°-172°E,38°-44°N,春夏秋冬四季均存在东、西两支锋区,东部锋区锋强度弱于西部。西亚北极锋位于146°-152°E,37°-45°N,冬季强度最大,最大强度为0.069°C/km,夏季强度最小,最大强度为0.043°C/km,各季节强度最大值稳定位于149°E附近;黑潮-亲潮交汇区内平均混合率高,水体性质接近黑潮延伸体时,西亚北极锋强度小,锋面分布偏北;黑潮-亲潮交汇区内平均混合率低,亲潮水所占比例增加,交汇区内黑潮延伸体特性不显著时,西亚北极锋强度大,锋面分布位置偏南,这表明不同季节西亚北极锋强度与黑潮-亲潮交汇区内水体性质关系密切。2、揭示了2016年春季西亚北极锋精细化三维结构特征(1)2016年春季西亚北极锋位于143°-153°E,38°-42°N海区,锋面呈V型分布,锋面强度最大为0.08°C/km,在147°E,37°N附近温度最高达17°C,锋区南侧地转流速大,149°E,39°N附近为0.8m/s,而锋区北侧海域流速弱。(2)基于HYCOM再分析资料,分析了西亚北极锋6月1-2日分布特征,该时段西亚北极锋主要位于143°-154°E,38°-42.5°N海区,锋面呈V型分布,海表附近锋强度最大区域位于143°-146°E,41°-42.5°N,最大可达0.15°C/km;到100m深处,锋面强度显著加强,最大温度水平梯度超过了0.15°C/km,整个锋面分布向南倾斜,最南可达37.5°N,到500m处,西亚北极锋基本消失。(3)西亚北极锋精细化走航观测的三个主要断面分析表明:S01断面,随着深度增加,温度锋由宽变窄向南倾斜,在30m处,最宽可达30km,到400m处,锋面基本消失,锋面强度最大区域主要位于200m以浅;与之相距70km的S02断面上,温度锋平均宽度约20km,海表最窄为18km左右,随深度增加由窄变宽向南倾斜,到400m处,锋面在观测海区基本消失,锋面强度最大的区域主要位于38.3°N以南,100-280m的水层;位于147°E,38.1°-38.97°N的S03断面温度锋在250m以浅呈现出“南北双锋面”结构,南锋面平均宽度约20km,海表面最窄为16km左右,由浅至深逐渐变宽且向南倾斜,到560m处,锋面在观测海区基本消失,锋面强度随深度增加变大,在450m附近达到最强;38.4°N以北的锋面主要位于250m以浅,锋面由浅至深逐渐变宽,50m处最窄约9km,150深最宽可达21km,锋面强度最大区域位于38.7°N,30m附近的海区。同时,S01-S03断面盐度锋分布位置和温度锋基本相同,该特征与Roden对亚北极锋的研究结果较为类似。整个观测期间,西亚北极锋区存在亲潮水、黑潮延伸体水和北太平洋中层水三支水团,低温低盐的亲潮水位于锋区北侧,高温高盐的黑潮延伸体水位于锋区南侧,低盐的北太平洋中层水位于26.5-26.9σ_θ的水层,其中,亲潮表层水具有高温低盐的特征,该特征在HYCOM再分析资料中没有体现;西亚北极锋区南侧黑潮延伸体流速强,最大达1.9m/s,北侧亲潮流速弱,平均流速约0.4m/s;S01、S02断面以东向地转流为主,与HYCOM资料及海面地转流资料不同的是,S03-S06断面受东南侧反气旋涡西翼影响,主要为西北向非地转流。3、探究了2016年春季西亚北极锋热盐细结构2016年春季,西亚北极锋热盐入侵、温盐阶梯和双扩散特征分析表明:(1)热盐入侵普遍存在于整个西亚北极锋区,主要集中在200m以浅的锋面内和350m以深的北太平洋中层水,200m以浅热盐入侵强度高,约±0.1-±0.2 Psu,垂直尺度为10-40m,水平尺度约10-15km;北太平洋中层水入侵强度低,约±0.05-±0.1 Psu,垂直尺度大,约为40-70m;水平尺度约20-30km。(2)温盐阶梯结构零散分布于西亚北极锋区200m以浅的海区和350m以深的北太平洋中层水海域。200m以浅海区的温盐阶梯垂直尺度约5m,呈“上方高温高盐,下方低温低盐”的态势;350m以深北太平洋中层水温盐阶梯垂直尺度约5-20m,阶梯形状较清晰,呈“上方低温低盐,下方高温高盐”分布。(3)分析表明:26.5σ_θ以浅海区特纳角高于45°,有利于盐指型双扩散的发展;26.5σ_θ以深海域特纳角普遍低于-45°,以扩散对流型双扩散为主,故200m以浅海区主要为盐指型阶梯,北太平洋中层水中以扩散对流型阶梯为主。相比北冰洋等双扩散作用强的海区,西亚北极锋海区温盐阶梯结构空间连续性差,阶梯形状不明显,垂直尺度小。(4)整个西亚北极锋海区的热盐入侵主要由扩散对流型双扩散引起,同时,上层海洋还受盐指以及惯性不稳定的影响,147°E,38.6°N以北,200m以浅的北侧锋面内部的入侵很可能还受到近惯性内波的影响。4、定量分析了2016年春季西亚北极锋混合特征通过计算湍流涡扩散系数K_ρ、热扩散系数K_θ等参量,分析了西亚北极锋区的混合特征,结果表明:(1)西亚北极锋海区K_ρ平均值约10~(-4.2)m~2/s,K_θ平均值约10~(-5)m~2/s,锋区跨密度面混合以湍流混合为主;K_ρ高于10~(-3.5)m~2/s的强湍流混合区域主要沿锋面分布于26.1-26.7σ_θ的水体。此外,25-26.1σ_θ水层K_θ约10~(-4.5)m~2/s,高于K_ρ(10~(-5.5)m~2/s),且特纳角基本大于45°,使得该海区跨密度面混合主要由盐指型双扩散引起;26.5σ_θ以深海域部分水层存在以扩散对流型为主的温盐阶梯,这些水层的跨密度面混合以扩散对流型双扩散为主。西亚北极锋南侧、中部、北侧海区K_ρ平均值分别为10~(-4.2)、10~(-4.1)、10~(-4)m~2/s,K_θ平均值分别为10~(-5)、10~(-5.1)、10~(-5.2)m~2/s,表明锋区南侧海域湍流混合较弱,中部、北侧海区湍流混合较强,双扩散混合在亚北极锋南侧海域较强,中部、北侧海区弱。(2)西亚北极锋区对称不稳定主要发生在25.5-26.7σ_θ锋面附近的水层,对称不稳定是引起锋区湍流混合增强的主要原因;147°E,38.15°-38.5°N,100m以深海区和147°E,38.65°N附近,350-500m之间水层有较多零散水体处于剪切不稳定的状态下,这些区域的湍流混合增强主要由剪切不稳定引起;同时,147°E,38.5°N附近,200m以浅的锋面内与147°E,38.4°-38.5°N,200m以深海区的剪切不稳定很可能与近惯性内波有关。除了未分析大气强迫对湍流混合的影响,西亚北极锋区湍流增强机制与D’Asaro等对黑潮锋的研究结果相似。


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