卫星跟踪浮标和卫星遥感海面高度中的南海涡旋结构

选择4个南海卫星跟踪Argos漂流浮标及同期的TOPEX／Poseidon卫星遥感海面高度资料，研究了南海海域涡旋的活动及空间结构。这4个Argos漂流浮标的轨迹除了基本符合各季节海盆尺度环流趋势外，分别在菲律 宾以西、越南外海、南海中部等海域呈现出中尺度旋转轨迹。这些尺度涡旋现象在同期的TOPEX卫星遥感海面高度异常（SSHA）分布中得到了准确印证，并在诊断得到的地转流场中对应了一系列瞬变的中尺度涡旋运动。     

GEOSAT卫星遥感资料研究南海海面动力高度场和地转流场

利用GEOSAT卫星在1987年和1988年执行ERM任务的雷达高度计资料来分析获取南海海面动力高度偏差的季节分布.根据卫星轨道误差和海域的特点,提出了适用于内海及边缘海域的二维共线轨道校正法,由此方法而得出的南海海面动力高度偏差的季节分布表明,南海表层流场在夏季总的环流形势是反气旋式环流,而冬季是气旋式环流.分析的结果同海上常规调查资料的分析结果相比较表明,在海流季节变化信号较强的海区(如南海中部和北部海区),利用高度计资料能很好地反映该海区的海流季节变化特征.     

南海深水海盆环流和温跃层深度的季节变化

受南海季风和复杂地形的影响,南海环流场具有复杂的空间结构和明显的季节变化,同时此海域又是中尺度涡多发海域,这些特征必然对南海温跃层深度的水平分布及季节变化有显著影响。首先,基于GDEM(General-ized Digital Environmental Model)的温、盐资料和利用P矢量方法计算并分析了南海的表层环流和多涡结构的空间分布特征和季节变化规律。在此基础上,分析了南海温跃层深度的空间分布特征和季节变化规律。结果表明,南海环流和多涡结构对南海温跃层具有显著的影响。     

由卫星高度计数据确定南海长周期分潮及季节环流

应用1993～2002年的Topex／poseidon卫星高度计数据，经沿迹潮汐调和分析方法，提取Sa分潮调和常数。由调和常数内插得到南海及邻近海域分潮波模型。根据潮汐模型计算了各季节平均海面距平并进而计算了平均季节环流，初步分析了海面高变化和季节环流的特征。     

南海深水海盆环流和温跃层深度的季节变

受南海季风和复杂地形的影响,南海环流场具有复杂的空间结构和明显的季节变化,同时此海域又是中尺度涡多发海域,这些特征必然对南海温跃层深度的水平分布及季节变化有显著影响.首先,基于GDEM (Generalized Digital Environmental Model)的温、盐资料和利用P矢量方法计算并分析了南海的表层环流和多涡结构的空间分布特征和季节变化规律.在此基础上,分析了南海温跃层深度的空间分布特征和季节变化规律.结果表明,南海环流和多涡结构对南海温跃层具有显著的影响.     

太平洋东南海域表层地转流场的季节及年际变化特征

利用1992~2001年Topex/Poseidon卫星高度计遥感资料分析了太平洋东南海域(5°~55°S,70°~120°W)表层流场的季节及年际变化特征。结果表明,南赤道流的季节变化主要体现在流速上,而秘鲁海流和西风漂流主要体现在流轴位置的移动上。表层流场的年际变化受El Nino影响,在El Nino期间,南赤道流和秘鲁海流均发生流向偏转现象,大部分海区流场被削弱(除低纬度海区外),而在其后的1998年La Nina期间,流场则重新被加强,西风漂流无明显的年际变化。     

南海大尺度地转环流的季节特征

使用Ｓ．Ｌｅｖｉｔｕｓ的温度、盐度的气候资料，用诊断分析方法获得南海年平均和各季的海面起伏以及大尺度地转环流的统计结果，并比较了其季节变化。结果表明：南海冬、夏季的地转环流场有相反的流动趋势；但在东北部常年存在气旋式环流，在其驱动下巴士海峡西侧存在准定常的Ｎ向流；南海还存在明显的随季节变化的强流区。     

南海大尺度地转环流的季节特征

使用Ｓ．Ｌｅｖｉｔｕｓ的温度、盐度的气候资料，用诊断分析方法获得南海平均和各季的海面起伏以及大尺度地转环流的统计结果，并比较了其季节变化。结果表明：南海冬、夏季的地转环流场有相反的流动趋势；但在东北部常年存在气旋式环流，在戎驱动下巴士海峡西侧存在准定常的Ｎ向流；南海还存在明显的随季节变化的强流区。     

越南离岸流跨海盆特征初步分析

为了更加清晰地分析南海的环流结构,本文利用南海表层卫星跟踪漂流浮标轨迹,结合卫星高度计资料,分析了南海中、南部跨海盆尺度海流。结果表明,2011年9~10月,越南沿岸流向南,并分别在11.5°N和8.5°N(等深线出现弯曲处)转向东形成越南离岸流。之后,这支离岸流在11°~16°N呈现蛇形路径,从越南东岸跨越南海南部海盆到达菲律宾西岸。分析卫星高度计数据,结果表明,秋季南海中北部被气旋式环流控制,气旋式环流南部为东向流,可从越南东部一直到菲律宾沿岸,从而决定了越南离岸流跨海盆的特征。越南离岸流的蛇形路径主要是由反气旋-气旋-反气旋-气旋交错出现的中尺度涡决定的。     

基于Argo资料的北太平洋绝对地转流计算

针对海洋实测流速资料极其匮乏的事实, 利用2004 年1 月~2009 年12 月月平均的Argo 温盐格点资料, 结合改进的P-vector 方法重构北太平洋绝对地转流流场。与卫星高度计和实测流速的比较以及相关性分析表明, 重构的绝对地转流是可信的, 可以用来研究不同大尺度环流特征及其动力结构。可以为研究海洋动力过程和气候变化提供一套有用的流场数据。     

基于卫星高度计和漂流浮标数据间数学校验关系的黑潮流轴和流路主成分估计

由于卫星高度计数据分辨率高、观测范围广的特点，我们使用该数据开展了黑潮流的研究。在之前的研究中，卫星绝对地转流都被用于对黑潮流域的表层流场的时空变化特征进行研究，并采用了一些探测方法提取了黑潮流轴和流路。然而，海面绝对地转流是由绝对动力地形估计得到，应该被当做实际流场的地转分量，在实际应用中并不能代表真实流场。在本研究中，建立了气候态绝对地转流与网格平均的漂流浮标流场间的数学校验关系，以此对卫星绝对地转流场进行修正，即便这两种数据的性质存在些许偏差。因此，基于主成分探测法，修正后的卫星绝对地转流被用于探测黑潮流轴和流路。对比结果表明，由修正后的卫星地转流场探测得到的黑潮流轴和流路均要好于地转流和表层流估计结果。修正后的地转流有助于开展更加准确的黑潮流轴和流路的逐日探测。     

基于Argo历史观测的南海海盆尺度中层流场研究

针对南海海域海流环境复杂、中层实测数据量少的现状，本文基于2006-2016年布放在南海海域的114个Argo剖面浮标的卫星定位等信息，采用基于背景流和惯性流外推的最小二乘方法，获取南海海域1 200 m深中层流场信息，并采用Divand变分插值的方法形成网格化季节流场。结果表明:（1）针对南海中层（1 200 m）流场，单个Argo浮标可以刻画出具体的中尺度结构，如越南沿岸的反气旋涡，半径约为120 km，最大流速约为9.6 cm/s，平均流速为5.3 cm/s；（2） Argo网格化流场表明海盆尺度中层流场南海南部为反气旋环流结构，北部为气旋式环流，同时在吕宋海峡口存在从南海至太平洋的水体交换；（3）将该流场信息与HYCOM和YoMaHa'07两种资料对比，吻合度较高，与HYCOM再分析资料的偏差分布趋近于正态分布，海流的东西向分量的均方根误差为3.28 cm/s，南北向分量的均方根误差为3.26 cm/s。总体而言，利用Argo轨迹资料能够有效地反演出南海地区海盆尺度的中层环流特征。     

南海次表层和中层水团年平均和季节变化特征

为了弄清北太平洋水入侵南海的状况,利用历史观测温-盐数据等资料对其进行了分析。结果表明:在盐度极大值层北太平洋水通过吕宋海峡的入侵整年发生,并且其入侵有很大的季节变化,冬季东北季风盛行时最强。北太平洋热带水(NPTW)入侵的季节变化与次表层地转流和南海的经向翻转环流结构有密切联系。具有盐度极小值特性的北太平洋中层水(NPIW)也通过吕宋海峡入侵南海,但其季节变化与NPTW完全反位相。冬季,由于在中层水深度北向运动的南海经向翻转环流的阻碍作用,NPIW入侵南海最弱。作者认为,北太平洋水入侵南海的机制可以基本上从南海的地转流及经向翻转环流得到解释。     

利用 Argo 数据计算吕宋海峡以东海域水文特性参数和流场 *

利用2006年Argo浮标资料分析吕宋海峡以东海域水团季节特性和混合层的月平均变化规律;并分别利用Argo多年季节平均资料与2006年资料,以秋季为例,基于P矢量方法计算该区域流场;同时考虑风生流的影响,将所得结果分别与利用Levitus和高度计资料计算的流场进行比较。结果表明,水团特性季节变化不明显,春冬季表层水团与夏秋季比较表现为低温高盐;次表层、中层和深层季节变化不大;混合层深度明显表现为冬季最深、夏季最浅的季节性变化。利用2002—2009年Argo季节平均资料基于P矢量方法能得到地转流场的基本结构,与Levitus资料的计算结果相比较,除可以反映黑潮,还可以反映一些涡旋结构;利用2006年秋季Argo资料计算流场与高度计资料计算的地转流场比较,其流场结构位置吻合得比较好,但存在流速偏小等不足,这可能与Argo资料较少且分布不均以及插值误差等有关,但其可以获得流场的三维结构,而利用高度计资料计算只能得到表层流场结构。     

南海的季节环流─TOPEX/POSEIDON卫星测高应用研究

应用1992～1996年的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,研究了冬、夏季风强盛期多年平均的南海上层环流结构。研究结果表明,南海上层流结构呈明显的季节变化,在很大程度上受该海区冬、夏交替的季风支配。冬季总环流呈气旋型,并发育有两个次海盆尺度气旋型环流;夏季总环流大致呈反气旋型、但在南海东部18°N以南海域未见明显流系发育。研究还表明,南海环流的西向强化趋势明显,无论冬、夏在中南半岛沿岸和巽他陆架外缘均存在急流,其流向冬、夏相反,是南海上层环流中最强劲的一支。鉴于该海流的动力特征与海洋动力学中定义的漂流不同,有相当大的地转成分,建议称为“南海季风急流(South China Sea MonsoonJet)”.冬季南下的季风急流在南海南部受巽他陆架阻挡折向东北,沿加里曼丹岛和巴拉望岛外海有较强东北向流发育。夏季北上的季风急流在海南岛东南分为两支:北支沿陆架北上,似为传统意义上的南海暖流;南支沿18°N向东横穿南海后折向东北;二者之间(陆架坡折附近)为弱流区。两分支在汕头外海汇合后,南海暖流流速增强。就多年平均而言,黑潮只在冬季侵入南海东北部,并在南海北部诱生一个次海盆尺度的气旋型环流,这时南海暖流只出现在汕头以东海域.夏季南海北部完全受东北向流控制,未见黑潮入侵迹象.用卫星跟踪海面漂流浮标观测进行的对比验证表明,以上遥感分析结果与海上观测一致。     

ANOMALOUS CHARACTERISTICS OF THE OCEAN CIRCULATION IN SOUTH CHINA SEA DURING THE El NINO EVENTS

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNino事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与ElNino3.4_4NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986--2008年间ElNino年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNino事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNino事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[＋1],南海夏季流场强度都被削弱了。     

El Ni?o 事件期间南海环流的异常特征

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNio事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与Nio3.4_NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986—2008年间ElNio年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNio事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNio事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[+1],南海夏季流场强度都被削弱了。     

北部湾北部春季环流分析

通过南海北部湾北部海域的温、盐及重力势资料分析，地转流场表明，该海域在春季存在一个反时针的密度环流。认为该环流的形成机制，主要是热力作用的结果，各海域受热升温速度不一。而残存着冬季的冷水所致。环流强度较弱，存在时间短，春生夏消。     

2000年8月南海中部与南部海洋温、盐与环流特征

根据2000年8—9月份南海中部与南部航次的温、盐资料,采用P—矢量诊断方法,结合ADCP测流资料和同期伪风应力资料以及TOPEX／Poseidon高度计资料,研究了2000年夏季风持续强迫之后南海大尺度环流与中尺度涡旋的空间结构。结果表明,南海夏季温度和盐度水平分布随深度有显著的变化：中层(250—400m左右)温、盐水平分布与其它各层的温度和盐度分布相比有很大的差异。用诊断方法计算得到的环流场与用TOPEX／Poseidon海面高度计资料计算得到的地转流场比较一致,即流场内部有多个中尺度的涡旋,主要有越南东南外海反气旋涡、中沙群岛东南反气旋涡以及南沙群岛东北角的气旋涡等,这说明南海中部与南部盛夏环流具有较强的地转分量和显著的多涡结构,并且这些中尺度涡在垂向上存在速度场的切变。     

基于卫星遥感数据的全球表层流场反演重构

利用2000~2008年的卫星高度计资料和QuikSCAT风场资料,反演了全球的海表的地转流和Ekman流,将两者合成后生成了0．5°×0．5°的逐周全球表层流产品。在计算Ekman流的时候,引入了权重函数,改进了Lagerloef方法中Ekman流在25°S和25°N上的不连续问题。分析表明：卫星资料反演的流产品能够反映出海表流场的特征,将其分别于TAO观测和SGUD流产品进行定量化的比较显示,所得流产品具有较高的反演精度和可信度,说明改进的方法是有效的。