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。     

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。     

孟加拉湾中尺度涡的总体特征与季节变化

采用AVISO提供的中尺度涡最新数据集,分析了孟加拉湾1993—2016年中尺度涡的总体特征和季节变化。结果表明:研究期间在孟加拉湾共有822个气旋涡,731个反气旋涡,主要分布在湾北部(15°N以北海域)和安达曼海。涡旋生命周期以28～59 d为主,平均振幅为7. 5 cm,平均半径为119. 6 km。在纬度变化上,涡旋振幅随纬度的增加有两个峰值,分别位于6°～9°N和15°～20°N之间,而涡旋半径随纬度增加而减少。涡旋的振幅、半径在随生命周期演变过程中生长过程较慢,消散过程较快。气旋涡和反气旋涡主要是向西移动,且均以向赤道方向偏移为主。在季节变化上,孟加拉湾较长生命周期(60 d以上)的中尺度涡具有明显的季节变化,春季生成的涡旋数量最多,冬季次之,夏季最少。通过合成分析得出风应力旋度是孟加拉湾中尺度涡季节变化的主要原因,而沿岸Kelvin波激发的西传Rossby波对涡旋的产生也有一定影响。涡动能分析表明,涡动能的高值区主要位于海盆的西边界和斯里兰卡东部海域,同时,在冬季、春季海盆的西边界和夏季、秋季海盆的北部涡旋活动较多的区域对应着较大的涡动能。     

基于CORA2再分析数据的南海中尺度涡时空分布特征初步研究

利用南海20 a逐日海流再分析资料对南海海域中尺度涡进行时空特征分析。经过数据处理、涡漩识别、统计分析等方法,对南海海域中尺度涡空间分布、时间分布、生命周期、空间尺度、移动路径、移动速度、影响频率等特征进行分析,对南海中尺度涡进行全面详细的解读。研究发现:涡旋出现位置跟南海200 m等深线较一致。大部分涡旋周期都集中在30 d以内,直径大都在100~300 km,主要向西南方向移动,速率在15~20 cm/s的涡旋比例最高。反气旋式中尺度涡影响频率要大于气旋式中尺度涡的影响频率,主要影响区域大致在200 m等深线以内海域。     

南印度洋中尺度涡统计特征及三维合成结构研究

南印度洋是海洋中尺度涡的多发区域。本文利用卫星高度计资料及Argo浮标资料,对南印度洋（10°~35°S, 50°~120°E）区域中尺度涡的分布、表观特征等进行了统计分析,采用合成方法,构建了该区域中尺度涡的三维温盐结构。结果表明,涡旋频率呈明显的纬向带状分布,在18°~30°S存在一个明显的涡旋频率带状高值区;涡旋半径具有由南至北逐渐增大的趋势;长周期涡旋在其生命周期内,半径、涡动能、涡能量密度、涡度等性质均经历了先增大而后减小的过程;涡旋以西向运动为主,在经向上移动距离较小,长周期气旋（反气旋）涡具有明显的偏向极地（赤道）移动的倾向;涡旋平均移动速度为5.9 cm/s,速度大小大致沿纬向呈带状分布。在混合层以下,气旋涡（反气旋涡）内部分别呈现明显的温度负（正）异常,且分别存在两个位温负（正）异常的冷（暖）核结构;气旋涡（反气旋涡）整体上呈现"正-负"（"负-正"）上下层相反的盐度异常结构。中尺度涡对温盐的平均影响深度可达1 000×104 Pa以上。     

南海中尺度涡旋海表温度特征统计研究

中尺度涡旋在海洋中无处不在,研究中尺度涡旋的海表温度(SST)对于研究中尺度涡旋上的海气相互作用具有重要意义。本文使用南海2000—2015年的SST和海面高度异常(SSHA)卫星观测数据,分析了南海不同振幅范围中尺度涡内SST的特征。研究表明,不是所有的反气旋涡(气旋涡)内的SST异常(SSTA)都是正(负)的,大约35%(29%)的反气旋涡(气旋涡)与SSTA呈正相关,且在不同振幅范围下表现出不同的空间和季节变化。中尺度涡旋内合成SSTA与SSHA表现出位相不一致,反气旋涡(气旋涡)内的SSTA的最大值(最小值)相对于涡心偏向于赤道(两极)方向。涡旋内SSTA与SSHA呈线性相关,反气旋涡(气旋涡)振幅每增加1 cm,涡旋内平均SSTA则增加(降低)0.02(0.01)℃。     

基于GIS 的南海中尺度涡旋典型过程的特征分析

以具有复杂时空演变过程的海洋中尺度涡旋为研究对象,以定量表达和组织涡旋典型过程案例为前提,基于Global NLOM(Naval Research Laboratory Layered Ocean Model)所得的SSH(Sea Surface Height)、SST(Sea Surface Temperature)和表层海流场,对海洋中尺度涡旋进行综合辨认和动态跟踪。以南海为例,通过提取涡旋典型过程中的典型状态,建立中尺度涡旋典型案例库。然后以库中所有过程案例为对象对涡旋进行GIS(Geographic Information System)时空特征分析。所得结果为:(1)南海中尺度涡旋整体上呈东北-西南向分布,涡旋水平移动速度为3~16 cm/s,平均速度为8.4 cm/s。(2)大部分涡旋向西移动。春夏季涡旋主要向西北方向移动,秋冬季涡旋主要向西南方向移动。(3)南海东北部涡旋主要集中在9~10月以及次年的1~2月发生,涡旋先向西北方向移动,后又转向西南方向移动,大部分中尺度涡旋不能西移太远。南海中部气旋涡主要发生在冬、春两季。一部分涡旋沿陆坡向西南运动,其中一些反气旋涡沿南海海盆向西运动。南海东南部在研究期内只有反气旋涡出现,向西或西北偏西运动,这里的涡旋比较弱,但移动距离较长,也有较长的生命周期。南海西南部夏季出现的涡旋多于冬季,且夏季的绝大部分涡旋以偶极子结构出现,该区域涡旋移动的距离较小。该研究引入GIS技术,基于大量时空数据对具有复杂时空特征的中尺度涡旋的信息进行组织、存储,以期通过对涡旋生消过程的时空分析来揭示其演变规律,为进一步研究海洋涡旋的空间推理预测奠定了坚实的基础。     

东海黑潮周边中尺度涡的分布、运动规律以及生成机制

为了探究东海黑潮周边涡旋分布、形成机理及运动规律,基于法国国家空间研究中心(CNES)卫星海洋学存档数据中心(AVISO)的中尺度涡旋数据集展开了研究。首先,统计了近27年东海黑潮周边的涡旋分布,发现在黑潮弯曲海域产生了650个涡旋,在黑潮中段海域产生了271个涡旋,其中直径100~150 km之间的涡旋数量最多,涡旋振幅主要集中在2~6 cm。其次,分析了东海黑潮的运动路径和涡运动过程,结果表明,黑潮气旋式弯曲海域内侧易产生气旋涡,且移动路径较长,如台湾东北海域黑潮流轴气旋式弯曲处产生的涡旋,其平均位移达到了87.6 km;当反气旋式弯曲海域内侧产生反气旋涡时,涡旋往往做徘徊运动。黑潮中段海域的涡旋呈现出气旋涡在黑潮主轴西侧、反气旋涡在黑潮主轴东侧的极性对称分布特征,两类涡都沿黑潮主轴向东北方向移动。最后,结合再分析的流场、海面高度数据,讨论了涡旋运动规律和生成机制。黑潮弯曲处涡旋的生成与黑潮流体边界层分离有关,奄美大岛南部到冲绳岛西侧的黑潮逆流对黑潮中段海域涡的极性对称分布起到了关键作用,涡旋在运动过程中通常经历生长、成熟和衰变三个阶段。     

黑潮延伸体邻近区域中尺度涡特征统计分析

本文利用20年的卫星高度计资料,对黑潮延伸体邻近海区(25°—45°N,135°E—175°W)中尺度涡的统计特征以及季节变化进行了统计研究。基于涡旋自动识别方法,共识别出本区域3006个气旋涡轨迹和2887个反气旋涡轨迹,其平均周期分别为9.99周和11.00周,平均半径分别为69.5km和71.8km。长生命周期涡旋的平均半径、涡度、涡动能(EKE)和涡旋能量密度(EI)在生命周期内大致都经历了增大-基本保持不变-减小这三个阶段。绝大多数涡旋沿纬线向西移动,经向移动距离较小,气旋涡和反气旋涡在西向传播过程中都具有明显的向南(赤道)偏离趋势。涡旋的生成数量与总数量均在春夏季达到最多,且这一时期涡旋的平均涡度、EKE、EI处于较高水平。     

基于1993-2014年高度计数据的西北太平洋中尺度涡识别和特征分析

本文利用22年的AVISO卫星高度计融合数据,基于WA涡旋自动识别方法对西北太平洋的中尺度涡进行了识别追踪,并统计分析了研究区域中尺度涡的空间分布特征、运动属性以及季节和年际变化。研究结果表明:22年间共追踪到生命周期超过30 d的气旋涡3 841个,反气旋涡2 836个,气旋涡数量多于反气旋涡。涡旋大部分向西移动,西向传播的涡旋分布在整个研究区域,而东向传播的涡旋则集中在黑潮及其延伸区。涡旋主要存在15°~30°N的纬度带间;分别而言,气旋涡主要分布在研究区域的北部和南部,而反气旋涡主要分布在副热带逆流区。30°~35°N之间的黑潮延伸区具有明显更高的涡动能和涡振幅,与同纬度区域相比这里的涡旋半径也较高。在季节和年际变化上,春季出现的中尺度涡最多,夏季最少;对涡旋的月生成数目与ENSO指数MEI比较发现,西北太平洋涡旋活动变化并不直接与ENSO现象相关。     

北太平洋中尺度涡时空特征分析

利用1993~2011年19 a的AVISO卫星高度计资料研究了北太平洋(10°~60°N,120°E~100°W)中尺度涡的时空分布特征,结果表明:北太平洋每年约产生1 800余个涡旋,其中气旋涡稍多。北太平洋东部沿岸、西北沿岸、黑潮延伸体北侧、副热带逆流区是中尺度涡的高发区,春、冬季是涡旋的高发季节。涡极性分布以35°N为界,北部多反气旋涡,南部多气旋涡。涡旋半径以100 km左右为主,并且基本随纬度升高而减小,涡旋数量随着周期增长而急剧下降。反气旋涡的平均半径和周期均大于气旋涡。利用Argo浮标剖面资料分析的6个个例涡旋的垂直结构显示,每个涡旋都有其独特的冷暖核结构,深度不同。研究结果对于分析北太平洋涡动能分布及传输具有一定的参考价值。     

基于Voxler平台的太平洋中尺度涡合成三维结构

为深入研究太平洋中尺度涡的三维结构特征,解决常规一维剖面和二维平面图对温盐空间分布规律分析不足的弊端,文章在三维结构合成分析的基础上首次引入Voxler平台,建立太平洋中尺度涡温盐要素的三维数据模型,实现太平洋中尺度涡三维结构的可视化表达,利用历史观测数据合成的太平洋中尺度涡三维结构,对温盐结构特征进行直观的全空间三维分析。研究结果表明:太平洋反气旋涡温度异常的主体结构深度约200m,呈鹅卵石状,涡旋结构可维持到1 000m;盐度异常的主体结构深度约300m,呈水平扁平水滴状,涡旋结构仅维持约800m;与盐度异常的三维结构相比,温度异常结构较复杂,且涡旋结构更明显,到达深度也更深,即温度受中尺度涡的影响更显著。     

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。     

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。     

两个西边界流延伸体区域中尺度涡统计特征分析

黑潮和湾流是世界大洋中最典型的两支西边界流,黑潮延伸体（Kuroshio Extention,KE）和湾流延伸体（Gulf Stream Extention,GSE）区域中尺度涡活动十分活跃。本文综合利用卫星高度计资料和Argo浮标资料,对KE和GSE区域中尺度涡的表层特征及其对温盐影响进行了统计研究和对比分析。结果表明:黑潮和湾流主轴附近为涡旋频率的高值区,主轴南北两侧分别以气旋涡和反气旋涡数量占多,主轴附近的涡旋强度明显大于其他区域;两个区域的涡旋以西向移动为主,气旋涡和反气旋涡都具有向南（赤道）偏离的趋势;两个区域的涡旋数量都以夏、秋季较多,涡旋强度都在春、夏季较大,且GSE区域涡旋强度明显大于KE区域;气旋涡（反气旋涡）引起内部明显的温度负（正）异常,KE区域气旋涡（反气旋涡）内部呈"负-正"（"正-负"）上下层相反的盐度异常分布,GSE区域气旋涡（反气旋涡）在各层呈现较为一致的盐度负（正）异常;两个区域中尺度涡对温盐场的平均影响深度可达1 000×104 Pa以上。     

基于2005~2019年卫星遥感观测的南大洋印度洋扇区中部涡旋特征分布研究

在南大洋印度洋扇区中部海域,除了地形控制(凯尔盖朗高台),南极绕极流和厄加勒斯回流的汇合流进一步加强了下游的斜压剪切强度,导致涡旋能量显著增强,因此,对该海域涡旋的研究有助于了解该海域的涡旋特征以及地形与涡旋的分布关系。基于2005~2019年卫星遥感数据,对该海域涡旋特征进行统计,并对涡旋产生地分布、跨锋面涡旋的移动状况进行分析,同时结合Argo剖面数据,进一步剖析涡旋内部水文分布特征。结果表明:该海域涡旋生命周期多在20 d以内(64.25%),平均半径多在30~100 km(96.13%);平均半径与平均振幅呈正相关关系(相关系数R=0.55);生命周期越大的涡旋平均传播距离也越大。2014年开始涡旋数量明显增加,主要由短寿命涡旋(<30 d)数量增加所贡献。反之, 21世纪10年代后期年平均涡动能异常呈减小趋势。涡旋产生地随着寿命增长,逐渐从亚南极锋与南极绕极流南部边界之间的锋面区域向亚南极锋以北移动。跨锋面涡旋中,暖涡向高纬,冷涡向低纬移动,大部分具有携带水团移动的能力。由涡旋内部水文特征分析结果可知,不同极性的涡旋能够实现完全不同来源水团的远距离输送,对同一来源水团,气旋涡具有抬升作用,而反气旋涡具有压沉作用。该研究工作有助于提升对南大洋涡旋特征及变动的认识,为进一步的涡旋动力研究提供支撑。     

北太平洋中尺度涡温度垂直结构区域差别分析

利用在北太平洋海域(120°E~100°W,10°~60°N;)19a间(1993—2011年)识别追踪出的中尺度涡,结合该区域内的Argo浮标资料,初步探索了北太平洋不同区域之间涡旋垂直温度结构的差异性。通过对比北太平洋4个小区域(副热带逆流区域、黑潮延伸体区域、亲潮区域、东部加利福尼亚沿岸区域)内的涡旋发现:每个区域内气旋涡和反气旋涡的垂直温度结构具有很大的相似性,但不同区域之间则略有差异。其中黑潮延伸体区域跟其它区域的中尺度涡垂直温度结构有较大差别,该区域内中尺度涡温度异常值明显大于其它区域,冷暖核的深度比其它区域要深,并且从100~600 m的深度上都有较大的温度异常。     

南海中尺度涡温盐异常三维结构

基于1994-2015年海面高度异常数据,采用winding-angle中尺度涡旋探测算法识别出南海范围内共5 899个反气旋涡（AE）和3 792个气旋涡（CE）,结合世界海洋数据集（WOD13）及中国科学院南海海洋研究所（SCSIO）温盐观测数据集,采用基于变分法的客观插值方法,合成了南海及南海各区域中尺度涡的温盐异常三维结构。结果表明,本文采取的插值方式能有效地获得涡旋三维结构,垂向尺度上也与前人研究结果较为一致。在平均状态下,南海AE温盐异常强度明显大于CE,AE正位温异常主体结构深度约440 m,而CE仅在320 m以浅维持涡旋结构;两者最大位温异常均出现在次表层约80 m上下,AE达2.02℃,CE达-1.60℃。盐度异常影响深度约150 m,最大盐度异常出现在50 m深附近,AE达-0.24,CE达0.28,同时由于涡旋在不单调变化的背景盐度场中引起海水下沉（上升）,AE盐度异常结构呈"上负下正"而CE呈"上正下负"式结构。南海各区域合成涡旋的温、盐异常的影响程度并不完全相同,可能与各区域涡旋的生成机制及背景温盐场有关。     

东海陆架区中尺度涡运动路径的统计特征分析

基于1993—2017年卫星高度计海面高度异常中尺度涡旋追踪数据集,对东海陆架区及从西北太平洋入侵东海的涡旋进行路径分类、季节变化及特征参量统计分析,并结合再分析流场资料,进行背景流场、涡度场分析。研究结果显示,近25 a,在东海追踪到318个气旋涡和276个反气旋涡。根据涡旋运动路径将其分为:东海陆架浅海生成往深海传播型(148个)、深海生成向东海陆架浅海传播型(35个)、沿等深线运动型(180个)、徘徊型(121个)、外来入侵到达东海陆架型(25个)及外来入侵到达东海深海型(85个)。6类涡旋的数量存在明显的季节分布,各个类型气旋与反气旋涡数量的季节分布也各不相同。其中,沿等深线运动型涡在春、夏季的数量高于秋、冬季。陆架浅海区生成往深海运动型涡的季节分布较为平均,气旋式涡在夏季数量最少,在春季和冬季数量较多。黑潮与涡旋数量的季节分布有关。徘徊型涡的平均生命周期最长,约为44 d;陆架浅海生成往深海运动型及外来入侵到达东海陆架的中尺度涡具有最大的平均振幅,为13.2 cm;外来入侵到达东海陆架型涡具有最大的直径,为122 km;外来入侵到达东海深海型涡在进入东海后的生命周期、振幅、直径在数值上均为最小。