黑潮延伸体区域50~100 km涡旋分布特征

本文使用基于热成风速度的涡旋识别拓展方法,通过海表面温度数据对黑潮延伸体区域50~100 km涡旋进行研究,发现50~100 km涡旋主要分布在黑潮延伸体流轴两侧,气旋涡和反气旋涡的寿命、半径分布具有一致性。气旋涡多出现在35°N以北,反气旋涡在35°N以南比较集中,与尺度较小的中尺度涡旋分布特征较为相似。冬夏两季涡旋地理分布存在一定差异,主要与不同季节该区域海表温度梯度及风应力旋度的变化有关。35°N以南50~100 km涡旋数量的季节性变化与风速大小的季节性变化存在明显的正相关性。35°N以南50~100 km涡旋三倍半径内风速异常和风应力旋度归一化表明,气旋涡对应风速负异常而反气旋涡对应风速正异常,反气旋涡的产生依赖于风应力负旋度,气旋涡的生成与风应力正旋度有关。     

A statistical analysis of mesoscale eddies in the Bay of Bengal from 22–year altimetry data

本文使用一种基于SLA数据的涡旋识别方法,通过22年的AVISO高度计测高数据对孟加拉湾的中尺度涡特征进行了研究。本文主要分析了孟加拉湾涡旋的地理分布、涡旋极性、涡旋生命周期和传播距离、涡旋产生和消失位置、涡旋传播方向和移动轨迹、涡旋运动特征、涡旋属性的演化以及涡旋活动的季节和年际变化等特性。涡旋主要分布在孟加拉湾西部海域,并且大部分涡旋向西移动。涡旋极性分布显示气旋涡更经常出现在湾的西北部和南部,而反气旋涡主要出现在湾的东部。在22年间,共追踪探测到生命周期超过30天的气旋涡565个、反气旋涡389个;对所有生命周期和传播距离而言都是气旋涡数量居多。所有观测到的涡旋的运动属性分析显示气旋涡的涡旋平均振幅大于反气旋涡;对平均半径和平均移动速度而言,气旋涡和反气旋涡相差不大。而且,涡旋属性演化显示生命周期超过90天的涡旋具有明显的双阶段演化特征,包括一个前50天的涡旋成长阶段和一个50天之后的涡旋消亡阶段。针对涡旋活动的季节变化,气旋涡在春季居多而反气旋涡在夏季较多;长生命周期的涡旋季节分布显示在孟加拉湾涡旋活动具有明显的季节分布特征。涡旋数量的年际变化与EKE变化有一个明显的负相关。     

黑潮延伸体区域50-100公里涡旋分布特征

本文使用基于热成风速度的涡旋识别拓展方法,通过海表面温度数据对黑潮延伸体区域50-100公里涡旋进行研究,发现50-100公里涡旋主要分布在黑潮延伸体流轴两侧,气旋涡和反气旋涡的寿命、半径分布具有一致性。气旋涡多出现在35°N以北,反气旋涡在35°N以南比较集中,与尺度较小的中尺度涡旋分布特征较为相似。冬夏两季涡旋地理分布存在一定差异,主要与不同季节该区域海表温度梯度及风应力旋度的变化有关。35°N以南50-100公里涡旋数量的季节性变化与风速大小的季节性变化存在明显的正相关性。35°N以南50-100公里涡旋三倍半径内风速异常和风应力旋度归一化表明,气旋涡对应风速负异常而反气旋涡对应风速正异常,反气旋涡的产生依赖于风应力负旋度,气旋涡的生成与风应力正旋度有关。     

孟加拉湾及其毗邻海域中尺度涡旋活动的冬、夏季差异

基于1993—2017年从卫星高度计资料中识别出来的中尺度涡轨迹数据集,对冬、夏季孟加拉湾涡旋的源地和性质进行了研究。研究表明孟加拉湾西部、安达曼海和孟加拉湾通往赤道的出口处的中尺度涡旋活动呈现显著的季节性差异。安达曼海在冬、夏季从北往南中尺度涡旋分别以“反气旋涡-气旋涡-反气旋涡”和“气旋涡-反气旋涡-气旋涡”的格局分布。不同源区涡旋的季节性生长过程有明显差异。孟加拉湾西部的涡旋在夏季生长迅速但消散缓慢,斯里兰卡冷涡生长缓慢但消散迅速。不同源区涡旋半径和振幅大小有不同的特征。孟加拉湾西部,无论冬、夏季,反气旋涡的振幅、半径都比气旋涡大;夏季季风漂流区,气旋涡半径比反气旋涡小但是振幅比反气旋涡大;安达曼海内无论冬、夏季都是最北侧聚集区涡旋的半径和振幅最大。孟加拉湾内生命史为30~40 d的涡旋数量最多,生命史在100 d以上的涡旋主要分布在孟加拉湾西部。     

南海涡动能比季节变化特征及机理分析

基于1993-2012年Aviso海面高度异常资料识别中尺度涡,计算南海海域涡动能比,并结合涡旋移动轨迹对气旋涡、反气旋涡的时空分布特征进行分析。结果表明,涡动能比能直观刻画区域涡旋活跃程度,结合涡旋移动轨迹后能有效反映涡旋演变过程。冬季季风期,南海中尺度涡最为活跃,反气旋涡、气旋涡交错分布在南海东部。台湾岛西南反气旋涡大多向西北方向移动,少数在气旋涡作用下向西南方向移动。越南东部涡旋呈偶极子分布,夏秋季北部是气旋涡,南部是反气旋涡,冬季北部是反气旋涡,南部是气旋涡。     

吕宋岛西侧中、深层环流的诊断分析

利用P矢量方法和第3版本的美国海军全球数字环境模式(GDEM)气候态月平均温、盐数据诊断分析了南海吕宋岛西侧中层与深层环流结构。结果显示在南海吕宋岛西侧中层存在一个反气旋涡,与前人在此处深层发现的气旋涡相反,且2个涡旋均与低盐中心位置相对应。诊断结果还表明中层反气旋涡从上到下流速逐渐减弱,深层气旋涡则随深度逐渐加强,在两涡旋之间的过渡层流速非常弱。中层反气旋涡的平均流速大小和低盐中心的平均盐度存在明显的季节变化,5—7月最强,这可能是中层环流在一定程度上受上层环流影响的表现。     

弱地形上内潮生成问题——1.数学物理框架及解析解

基于二维线性理论,得到了有限深海洋中弱地形上内潮生成问题的解析解。与前人的结果相比,研究中没有采用静力近似。结果表明,静力近似的采用与否对内潮能通量有明显影响。对于高斯地形,没有采用静力近似的情况下得到的能通量总是比采用静力近似得到的能通量小。特别是当Brunt-Vaisala频率与局地潮频率相近时,采用静力近似得到的结果明显高估了内潮能通量。当Brunt-Vaisala频率远大于局地潮频率时,静力近似的采用与否对内潮能通量的估算影响很小。     

南海北部反气旋涡对内孤立波传播的影响研究

海洋内波具有振幅大、流速强和周期短等特点,可对海上施工和水下作业安全造成严重威胁。南海北部陆坡海域是内孤立波和中尺度涡频发的海域之一,研究中尺度涡对内孤立波传播的影响对深入了解南海北部内孤立波在反气旋涡过境时的传播特征、提高该海域内波预报准确性具有重要意义。基于此,本文利用布放于南海北部东沙群岛西侧陆坡海域的潜标观测数据,针对2017年3月一个反气旋中尺度涡经过潜标站位的过程,探讨了中尺度涡对内孤立波传播的影响。结果表明：①受反气旋涡影响,内孤立波的平均振幅减小28.6%,其主要原因是中尺度涡导致等温线下压,进而对内孤立波的振幅产生抑制作用,其影响过程可用趋浅温跃层理论描述。②反气旋涡影响期间,内孤立波的平均波速由1.26 m/s增大到1.47 m/s,增幅约16.7%,反映了反气旋涡对内孤立波波速的强化作用,这种强化作用主要是由中尺度涡边缘流场引起背景流场变化所致,而中尺度涡引起的温盐场变化对内孤立波波速的影响相对较小。     

海洋中地形强迫的孤立涡旋的演变及其相互作用

建立了一个描述中尺度涡的新的非线性方程,然后利用变分原理研究了孤立涡旋的Liapunov稳定性,指出反气旋和气旋涡都是稳定的。数值计算结果发现在β效应的作用下这些涡旋都向西移动而不存在向南的移动,然而在反气旋涡的上游存在一个孤立地形(例如海山)的话,孤立地形会使反气旋涡向南移动,而且移动的轨迹取决于孤立地形的位置。当两个反气旋涡同时存在并发生相互作用时,上游孤立地形使这两个反气旋涡产生弱合并并出现弱分离。而且孤立地形的位置对这两个涡的移动和旋转有重要影响。     

黑潮流套脱落反气旋涡对声传播的影响研究

黑潮在冬季常以流套的方式入侵南海,并多伴随着反气旋涡的脱落,脱落的反气旋涡将黑潮高温、高盐水带入南海,影响南海东北部水文要素和声速场的空间分布,目前尚未有对黑潮流套脱落反气旋涡声学效应的研究。利用2009～2020年卫星高度计数据和再分析数据,在南海东北部选取了6个冬季黑潮流套脱落反气旋涡,研究了其水文和声场结构,并应用Bellhop高斯射线模型仿真给出了其对声传播的影响。结果表明:(1)6个黑潮脱落反气旋涡平均半径为110～135km,垂向深度可达1 000～1 200 m,最大旋转速度为0.4～0.6 m/s。反气旋涡中心暖水下沉,温度异常均为正异常,暖核位置位于100～250 m处,最大正异常达到2.5°C。中心盐度异常呈现负-正-负的三核结构。反气旋涡在100～900 m深度声速为正异常,最大正异常超过8 m/s,出现在400 m左右。(2)声波从涡外穿过涡旋和从涡内向外传播,当地形不会影响声线的反转时,会聚区的位置发生后移,后移的距离在5～10 km;当地形阻碍声线的反转时,声线与地形接触的位置不同,会聚区可能出现前移或后移,后移最大为29km,前移最大可达23km。(3)当...     

The variability of internal tides in the Northern South China Sea

An array of three bottom-mounted ADCP moorings was deployed on the prevailing propagation path of strong internal tides for nearly 1 year across the continental slope in the northern South China Sea. These velocity measurements are used to study the intra-annual variability of diurnal and semidiurnal internal tidal energy in the region. A numerical model, the Luzon Strait Ocean Nowcast/Forecast System developed at the U.S. Naval Research Laboratory that covers the northern South China Sea and the Kuroshio, is used to interpret the observed variation of internal tidal energy on the Dongsha slope. Internal tides are generated primarily at the two submarine ridges in the Luzon Strait. At the western ridge generation site, the westward energy flux of the diurnal internal tide is sensitive to the stratification and isopycnal slope associated with the Kuroshio. The horizontal shear at the Kuroshio front does not modify the propagation path of either diurnal or semidiurnal tides because the relative vorticity of the Kuroshio in Luzon Strait is not strong enough to increase the effective inertial frequency to the intrinsic frequency of the internal tides. The variation of internal tidal energy on the continental slope and Dongsha plateau can be attributed to the variation in tidal beam propagation in the northern South China Sea.     

吐噶喇海峡内潮的能量收支和大小潮变化

吐噶喇海峡是西北太平洋重要的内潮产生区域,该区域内产生的内潮对于东海陆架和西北太平洋的混合和物质输运有十分重要的作用。水平分辨率为3km的JCOPE-T(JapanCoastalOcean PredictabilityExperiment—Tides)水动力学模式的结果表明,吐噶喇海峡的内潮主要产生在地形变化剧烈的海山和海岛附近,其引起的等密面起伏振幅可达30m。吐噶喇海峡的内潮在垂直于等深线方向分为两支向外传播:一支向西北方向传播,进入东海陆架后迅速减小;另一支向东南方向传播,进入西北太平洋。吐噶喇海峡潮能丰富,其在约半个月内的平均输入的净正压潮能通量为13.92GW,其中约有3.73GW转化为内潮能量。生成的内潮能量有77.2%在当地耗散,传出的内潮能通量为0.84GW,主要通过西北和东南两个边界传出。该区域潮能通量有显著的大小潮变化,大潮期间输入的正压潮净能通量和产生的内潮能通量均约为小潮期间的2倍,但其主要产生区域基本不变,且内潮能量耗散比率均在产生的内潮通量的76%—79%。另外,内潮能通量的传播方向也没有发生变化,仍主要通过西北和东南两个边界传出。因此,大小潮的变化仅影响吐噶喇海峡处产生的内潮能量的大小,不影响其产生区域、传播方向和耗散比率。     

南海东沙岛西南大陆坡内潮特征

2008年4月-10月,在南海东沙岛西南大陆坡底部布放了1套全剖面锚系,同时沿大陆坡底部布放了3套近底锚系,应用谱分析和调和分析方法分析温度和海流连续观测资料,进而研究该海域的内潮特征.结果表明,东沙岛西南大陆坡存在强内潮现象,大陆坡底部温度变化受到内潮波的影响,上层海洋存在强日潮周期的内潮波振动;正压潮和斜压潮均以O...     

Tide-Induced Eddies and Upwelling in a Semi-enclosed Basin: Nan Wan

Nan Wan is a 20 km wide tidally-dominated embayment situated between two headlands on the south coast of Taiwan. During spring tides, sudden sea-surface temperature drops occur twice each tidal cycle in the western and central regions of the bay, but only once in the eastern region. Shipboard ADCP surveys, moored measurements and numerical modelling results demonstrate that the headlands on either side of the bay generate strong tidally-induced eddies within the bay on each phase of the tide. The geometry of the region leads to considerable difference in size between the flood and ebb eddies. The flood eddy fills the entire basin, while the ebb eddy fills the western and central region only. The strong (relative vorticity ≈10–16 f) cyclostrophic eddies are only weakly affected by Earth's rotation, and thus upwelling occurs within each eddy, causing two temperature drops per tidal cycle in the western and central region, while only one drop in the eastern region.     

中尺度涡对南海北部全日内潮传播影响的数值模拟研究

基于潮汐-环流耦合的FVCOM数值模式,本文以南海北部全日内潮为例探究了中尺度涡对内潮传播的影响。分析结果表明,暖涡和冷涡分别导致全日内潮向西北和西南方向折射,能通量方向最大变化可达40°;全日内潮能通量大小在子午向呈现反相位变化,在暖涡南部(冷涡北部)边缘显著减小,而在暖涡北部(冷涡南部)边缘明显增大,最大变化幅度达25%;在暖涡南部和冷涡北部,西向背景流导致全日内潮传播相速度分别加快0.7和0.3 m/s,进而引起内潮波峰线向西凸起弯曲。本研究结果对深化理解多尺度背景下的南海北部内波和深海混合时空变化特征具有重要意义。     

非均匀密度层结内潮射线生成与传播的实验研究

本文通过实验室实验的方法,探讨了非均匀密度层结下内潮射线的生成与传播规律。利用粒子图像测速技术(PIV)对流场进行测量,并计算了内潮能通量。实验结果表明,无转折深度时,内潮射线传播至不同浮频率水层会发生折射,向上传播时有能量聚焦现象;转折深度高于地形高度时,在浮频率大于强迫频率的上层流体中仍有内潮射线生成,但能量较弱,水平通量的深度积分相对于无转折深度时更小,且地形越高越容易在上层激发内潮射线。对水平流速做经验正交函数(EOF)分解,得到的主要模态与内潮斜压模态有很好的对应性。     

Tidal currents influenced by topographic eddies in Uchiumi Bay

In the current record taken in Uchuimi Bay during summer in 1990, we find anomalous features that the tidal currents during spring and neap tides are quite different in both speed and direction, and the transition between them takes place suddenly. Relation between the variation of tidal current and the observed internal tide is examined, but they are poorly correlated. By examining the direction and phase of the current, it is inferred that these anomalous features are caused by the influence of topographic eddies formed perioidically in Uchiumi Bay.     

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。     

Numerical simulations of the internal tide in a submarine canyon

Three-dimensional numerical simulations of the generation and propagation of the semidiurnal internal tide in a submarine canyon with dimensions similar to those of the Monterey Canyon are carried out using a primitive equation model. Forcing with just sea level at the offshore boundary in an initially horizontally homogeneous ocean with realistic vertical stratification, internal tides are generated at the canyon foot and rim, and along portions of the canyon floor. The results compare favorably with observations, both indicating enhancement of energy along the canyon floor propagating at an angle consistent with linear internal wave theory. Due to the earth's rotation, internal tide energy is distributed asymmetrically in the cross-canyon direction, favoring the southern side. The effect of canyon floor slope is explored, with the finding that small changes in the slope result in large changes in the amount and distribution of the internal tide energy. Canyons whose floors are subcritical with respect to the semidiurnal frequency along their entire length have very little baroclinic energy, whereas canyons that are near-critical along much of their length, such as the Monterey Canyon, develop strong internal tides that propagate shoreward. Canyons that are near-critical at their mouths but supercritical further inshore generate the most internal tidal energy overall, although little of it makes it onto the continental shelf shoreward of the canyon head. The effects of internal tides within the canyons can be seen outside the canyons as well. Water is transported from depth onto the adjacent continental shelf along the canyon rims. This tidal pumping can be responsible for alongshore internal tide propagation and tidal-period surface currents with relatively small horizontal scales of variability.     

Spatial scales of mesoscale eddies from GOCI Chlorophyll-a concentration images in the East/Japan Sea

The spatial scales of mesoscale eddies are of importance to understand physio-biogeochemical processes in the East/Japan Sea. Chlorophyll-a concentration images from the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) revealed numerous eddies during the phytoplankton bloom in spring. These eddies were manually digitized to obtain geolocation information at the peripheries from GOCI images and then least-square fitted to each ellipse. The elliptic elements were the geolocation position of the eddy center, the rotation angle from due east, the eccentricity, the lengths of the semi-major and semi-minor axes, and the mean radius of the ellipse. The spatial scales of eddies had a mean radii ranging from 10 km to 75 km and tended to be smaller in the northern region. The scales revealed a linear trend of about ?7.26 km/°N as a function of the latitude. This tendency depended on the latitudinal variation of the internal Rossby radius of deformation, which originates from the substantial difference in the density structure of the water column. The scales from the sea surface temperature image were larger by 1.30 times compared to those from ocean color image. This implies that physical processes along the periphery of the eddy affect the nutrient dynamics.