安达曼海中尺度涡季节变化分析

利用 AVISO 提供的中尺度涡数据集,对1993–2019年间安达曼海中尺度涡的涡旋特征、运动规律及其季节变化机制进行统计分析。结果显示,27年间安达曼海共出现中尺度涡328个,其中反气旋涡（171个）多于气旋涡（157个）,主要分布在中西部盆地深水区。涡旋平均寿命为46.4 d,平均半径为111.8 km,平均振幅为4.7 cm,平均最大转速为24.8 cm/s,平均移动速度为15.0 cm/s,反气旋涡的平均半径、振幅和转速均大于气旋涡,而移动速度小于气旋涡。涡旋的半径、振幅和最大转速在其生命周期中都经历了先增大后减小的过程,移动速度则先减小后增大。在季节变化方面,反气旋涡和气旋涡性质冬夏对比呈现“跷跷板”现象,即夏季气旋涡比反气旋涡更多更强更大,冬季则反气旋涡更多更强更大;涡旋分布位置,夏季从北向南呈“气旋–反气旋–气旋”的极性反转交替分布,冬季则与之相反。动力机制分析显示,背景流场涡度可能影响安达曼海涡旋极性交替分布,正（负）涡度背景流利于气旋（反气旋）涡存在。涡旋能量变化机制显示,风强迫是安达曼海涡旋主要能量来源,风场能量输入与涡旋动能的季节变化吻合。     

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。     

Living coccolithophores in the western Pacific Ocean with mesoscale eddies

Living coccolithophores(LCs) are regarded as a group of calcifiers and play important roles in global carbon cycle.This study used microscopic observations of LCs in the western Pacific Ocean to investigate their community structure and biodiversity,especially to test whether local physical traits(mesoscale eddies) could explain their biogeographic distributions during autumn of 2017.The coccolithophore calcite inventory based on carbon-volume transformation was estimated in this study.A total of 28 taxa of coccospheres and 19 types of coccoliths were identified from 161 samples.Gephyrocapsa oceanica was the most predominant species in all the coccolithophore community,followed by Florisphaera profunda,Emiliania huxleyi,Umbilicosphaera sibogae,Gladiolithusflabellatus and Umbellosphaera tenuis.The abundance of coccospheres and coccoliths ranged from 0 to 26.8×10~3 cells/L and from 0 to 138.5×10~3 coccoliths/L,averaged at 4.2×10~3 cells/L and 10.9×10~3 coccoliths/L,respectively.This study indicated that coccolithophore community in the survey area can be clustered into four groups.Three ecological niches of coccolithophores were characterized by their vertical profiles and multivariate statistical analysis.Coccolithophore abundance and species composition were remarkably different among warm-eddy region,G.oceanica dominated warm-eddy region,while F.profunda dominated warm-eddy and none-eddy region.The average values of estimated particulate inorganic carbon,particulate organic carbon were0.197 μg/L and 0.140 μg/L,respectively.The current field study widened the dataset of coccolithophores in western Pacific Ocean.     

印度洋–太平洋暖池区中尺度涡特征研究

本文利用1993年2月至2016年1月共23年的中尺度涡数据,对印度洋–太平洋暖池区（即印–太暖池区,15°S～15°N,60°E～170°W）中尺度涡的生命周期、振幅和半径等属性特征以及生命周期内各参数的演变特征进行了统计分析,并研究了印–太暖池区中尺度涡生成个数的季节变化规律及与厄尔尼诺循环的关系。结果表明：印–太暖池区大部分中尺度涡存在生命周期短、非线性、向西移动的特征;气旋涡与反气旋涡各参数的统计特征及其在生命周期内的变化趋势较为相似;印–太暖池区中尺度涡生成个数不具有明显的季节变化,并且会受到厄尔尼诺–南方涛动事件的影响。     

北太平洋副热带逆流区海流的准90天振荡

根据 POCM模式输出的流场资料 (1993年 1月 1日～ 1998年 12月 31日 ) ,运用小波分析方法分析北太平洋副热带逆流区海流的季节内振荡特征 ,并用功率谱方法作了验证。结果表明 :在以 19.81°N为中心 ,18～ 2 2°N,16 0°E以西的西太平洋海域 ,海流具有显著的准 90 d振荡特征 ;该振荡对应的波长约为 86 5 km,沿 19.81°N该振荡信号自东向西传播的相速度约为 0 .0 9m/ s。从能量角度看 ,该振荡信号主要存在于 15 0 m以内的海洋次表层 ,2 2 2 .5 m深度能量是 6 2 .5 m能量的13%。     

Statistical characteristics and mechanisms of mesoscale eddies in the North Indian Ocean

The statistical characteristics and mechanisms of mesoscale eddies in the North Indian Ocean are investigated by adopting multi-sensor satellite data from 1993 to 2019. In the Arabian Sea(AS), seasonal variation of eddy characteristics is remarkable, while the intraseasonal variability caused by planetary waves is crucial in the Bay of Bengal(BOB). Seasonal variation of the eddy kinetic energy(EKE) is distinct along the west boundary of AS,especially in the Somali Current region. In the BOB, lar...     

热带西太平洋北赤道逆流区涡旋统计分析

随着海洋技术的发展,中尺度的海洋过程越来越多的被揭示,中尺度涡旋作为重要的中尺度海洋过程,已经被大量的研究。但对于热带西北太平洋海区,中尺度涡旋特征的空间分布、季节变化以及移动规律等方面的研究还有所欠缺。本文使用Chelton提供的涡旋数据集,统计分析了热带西北太平洋海区涡旋特征的空间分布,发现以往研究较少的北赤道逆流(North Equatorial Countercurrent,NECC)区(A海区,120°~180°E,4°~6°N)较临近海域生成涡旋数量更多,涡旋半径、振幅、生命周期及非线性强度更大,移动距离更远,并且A海区涡旋经向移动距离服从伽马分布。涡旋在靠近西边界的区域更易向南移动,而在西边界以东的区域更易向北移动。A海区涡旋的生成数量具有明显的季节变化,主要受到流场剪切强度的影响。同时ENSO会对该区涡旋生成产生影响,其影响机制需要进一步的研究。     

北太平洋黑潮延伸体区域和副热带逆流区域中尺度涡能量特征研究

不同科研工作者对黑潮延伸体区域和北太平洋副热带逆流区域的中尺度现象进行过不同的研究,但对两区域中尺度涡进行统一比较分析的工作较少。因此,本文利用11年的卫星高度计海表面高度异常资料分别对这两个区域的中尺度现象特征及其能量变化过程进行系统的分析和对比。研究发现,两区域的气旋涡与反气旋涡在分布、振幅、能量和寿命上均存在差异;进一步的动能谱分析和能量串级讨论发现:两区域的动能谱密度虽均集中在2×10–3～4×10–3 周/km的波数域上,但黑潮延伸体区域大部分涡旋信号分布在经向上,而北太平洋副热带逆流区域主要分布在纬向上,这可能与两区域中尺度涡能量来源的不同有关。由于两区域在2×10–3～3×10–3 周/km的波数域上动能转移项以负值为主,这说明两区域在此波数域上均存在能量源,并且发生能量逆向串级。     

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。     

基于卫星海面高度资料的太平洋海区涡旋能谱分析

在空间均匀和各向同性的假定下,地转湍流理论认为涡旋动能随尺度分布遵循k–n定律(k为波数)。但实际海洋受边界、地形、层结等,具有明显的非均匀、各向异性特征。鉴于此,我们基于近30a卫星高度计资料,分别计算了热带、副热带、中高纬度等海洋涡旋强度不同区域的海面高度异常(SSHA)波数谱,进而利用线性回归拟合方法估算出中尺度波段上SSHA波数谱的斜率,并与地转湍流理论预测进行了对比。研究结果显示:SSHA波数谱从赤道到中高纬度逐渐变陡,其斜率由–4减到–5,基本符合赤道线性波动理论和准地转湍流理论的预测。SSHA波数谱斜率存在纬向与经向差异,例如在赤道地区,纬向谱比相应的经向谱陡;而在南极绕极流区域,经向谱斜率大于纬向谱斜率。SSHA波数谱斜率的各向异性表明海洋中尺度运动受β效应影响,具有明显的经向和纬向差异。以上结果表明,海洋中尺度运动介于准二维和三维之间,不能用一个全球普适的湍流理论模型来描述。     

基于无人船的大洋中尺度涡观测系统展望

中尺度涡在大洋中普遍存在,研究发现其能量比大尺度海洋环流的能量大一个量级,在海洋物质能量输运和全球气候变化中起着重要的作用。受观测条件限制,目前对中尺度涡的观测主要通过卫星高度计实现,只能从海面高度来推算中尺度涡大小、分布、强度及其伴随的水体和能量输送,而卫星高度计对中尺度涡垂直结构特征认识不足,也导致了对中尺度涡所引起的上层海洋能量、热量输送估计误差偏大。目前对中尺度涡三维结构观测认识不足,展望未来将会出现基于无人船平台的大洋中尺度涡三维结构自动观测系统,该平台将集成自动水下剖面观测功能等先进技术,以便观测中尺度涡的垂直结构特征及其时空变化特征,进而可对中尺度涡带来的物质和能量输送进行系统认识。     

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。     

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。     

Three-dimensional properties of mesoscale cyclonic warm-core and anticyclonic cold-core eddies in the South China Sea

In general, a mesoscale cyclonic (anticyclonic) eddy has a colder (warmer) core, and it is considered as a cold (warm) eddy. However, recently research found that there are a number of “abnormal” mesoscale cyclonic (anticyclonic) eddies associated with warm (cold) cores in the South China Sea (SCS). These “abnormal” eddies pose a challenge to previous works on eddy detection, characteristic analysis, eddy-induced heat and salt transports, and even on mesoscale eddy dynamics. Based on a 9-year (2000–2008) numerical modelling data, the cyclonic warm-core eddies (CWEs) and anticyclonic cold-core eddies (ACEs) in the SCS are analyzed. This study found that the highest incidence area of the “abnormal” eddies is the northwest of Luzon Strait. In terms of the eddy snapshot counting method, 8 620 CWEs and 9 879 ACEs are detected, accounting for 14.6% and 15.8% of the total eddy number, respectively. The size of the “abnormal” eddies is usually smaller than that of the “normal” eddies, with the radius only around 50 km. In the generation time aspect, they usually appear within the 0.1–0.3 interval in the normalized eddy lifespan. The survival time of CWEs (ACEs) occupies 16.3% (17.1%) of the total eddy lifespan. Based on two case studies, the intrusion of Kuroshio warm water is considered as a key mechanism for the generation of these “abnormal” eddies near the northeastern SCS.     

南海中尺度涡温盐结构的季节特征及形成机制

本文利用最新的涡旋数据集和ARMOR3D数据,研究了南海中尺度涡温盐结构的季节特征及形成机制。合成分析的结果表明,在冬季,涡旋引起温度异常的水平分布在50米以浅表现为类似偶极型分布,而在50m以深则趋向于中心对称分布;在夏季,温度异常的水平分布均表现为中心对称的特征。涡旋引起盐度异常的水平分布也具有类似的季节特征,但是偶极型中的不对称性相对较弱。在垂向上,涡旋所致的温度异常表现为单层结构,而盐度异常则为三层结构。进一步的分析表明,涡旋所致温盐异常的垂向分布特征与背景温盐的垂向分层有关;而在50m以浅,温盐异常的水平分布的不对称特征主要由背景温盐场的水平平流所致。     

南海中尺度涡旋对热带气旋的响应：个例研究

利用TOPEX／POsEIDON和Jason—1卫星高度计,SeaWiFS水色传感器和TMI微波成像仪等卫星遥感资料研究了南海中尺度涡旋对热带气旋“玲玲”（Lingling,0123）、“灿都”（Chanthu,0405）和“榴莲”（Durian,0621）的响应,得到以下研究结果：（1）位于热带气旋“玲玲”和“榴莲”移动路径右侧的冷涡在热带气旋经过后增强,表现在海面高度距平和海表温度的较大幅度下降,以及叶绿素a的爆发性升高;（2）位于“玲玲”移动路径左侧以及“灿都”路径上的暖涡在热带气旋经过后减弱,表现在海面高度距平和海表温度的下降,而叶绿素a变化不太明显;（3）当热带气旋“玲玲”和“灿都”经过暖涡时,热带气旋的强度迅速增大,这表明暖涡可能有助于热带气旋的加强．     

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。     

Co-variation of the surface wind speed and the sea surface temperature over mesoscale eddies in the Gulf Stream region:momentum vertical mixing aspect

The co-variation of surface wind speed and sea surface temperature (SST) over the Gulf Stream frontal region is investigated using high-resolution satellite measurements and atmospheric reanalysis data. Results show that the pattern of positive SST-surface wind speed correlations is anchored by strong SST gradient and marine atmospheric boundary layer (MABL) height front, with active warm and cold-ocean eddies around. The MABL has an obvious transitional structure along the strong SST front, with greater (lesser) heights over the north (south) side. The significant positive SST-surface wind-speed perturbation correlations are mostly found over both strong warm and cold eddies. The surface wind speed increases (decreases) about 0.32 (0.41) m/s and the MABL elevates (drops) approximate 55 (54) m per 1℃ of SST perturbation induced by warm (cold) eddies. The response of the surface wind speed to SST perturbations over the mesoscale eddies is mainly attributed to the momentum vertical mixing in the MABL, which is confirmed by the linear relationships between the downwind (crosswind) SST gradient and wind divergence (curl).     

日本海中尺度涡旋时空变化特征研究

本文利用1993–2019年基于海表面高度异常的涡旋数据集和高度计数据统计分析了日本海区域中尺度涡旋的大小、极性、生命周期、振幅、传播等表面特征的时空变化规律。27年间,共探测到1 429个涡旋,气旋和反气旋数量基本相当,其中气旋675个,反气旋754个。两种极性涡旋均具有较强的季节变化：秋季较多,冬季次之,春季最少。郁陵盆地、大和盆地等为涡旋多发区域呈现西南–东北向带状分布。其中,南部海域反气旋占优,靠近津轻海峡的北部海域气旋占优。西部和南部受东韩暖流和对马暖流的驱动,涡旋移动方向与流场基本一致,北部涡旋与黎曼寒流以及副极地锋流有关。研究表明,动力学不稳定是涡旋在秋冬季大量产生的重要原因。此外,半封闭盆地、局地流场以及复杂的海气相互作用等都可能会对涡旋的产生和消亡造成一定影响。     

南海中尺度涡强度的季节和年际变化分析

为了研究南海中尺度涡强度的季节和年际变化规律,利用Matlab提取50 a(1958~2007年)简单海洋资料同化(Simple Ocean Data Assimilation,SODA)月平均数据集中流场和海表面高度场数据,应用一个涡旋自动探测算法对南海中尺度涡初始生成位置进行分析,并分析了海表面高度异常均方根值的季节变化和年际变化。结果表明:50 a里南海中尺度涡主要分布在吕宋岛西北海域、吕宋岛西南海域和越南以东广大海域,秋、冬季中尺度涡能量较高,春季中尺度涡最弱,中尺度涡强度高值区年际变化明显。从季节变化上看,海面高度异常均方根春、夏季最小,秋冬季最大;从年际变化上看,与同时期Nino3指数有显著负相关,周期大约为3 a。