基于卫星测高的南海中尺度涡统计特征研究

采用卫星测高数据SLA,通过对相同时间内不同卫星的数据以及同一卫星不同时间段的数据处理结果进行分析,来探讨卫星的识别能力和南海中尺度涡的时空分布规律。通过分析ENVISAT和Jason-2高度计2009年数据资料所识别出的eddy可以得出,在时间上,南海中尺度涡具有季节分布特征,即冬、夏季的中尺度涡具有明显的典型的分布特征,而春、秋季节的冷暖涡数量相差不大,具有过渡特征;在空间上,南海eddy多分布在越南东南部以及14°N~18°N,111°E~113°E海域。通过分析ENVISAT、Jason-2和j1n(Jason-1 on its new orbit)的3颗卫星融合数据,与单颗卫星相比,发现融合数据具有更强的识别能力,可以监测出更多的涡流。     

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。     

南海及西北太平洋卫星高度计资料分析:海洋中尺度涡统计特征

采用AVISO提供的卫星高度计融合数据,对南海及西北太平洋(5°～35°N,105°～150°E)1993～2009年17a间的中尺度涡活动进行统计分析.结果表明南海中尺度涡活动具有明显的年际变化,每年观测到产生的中尺度涡个数平均为21～22个,标准差约为4个,占年平均值的20%;而西北太平洋中尺度涡个数的年际差异不大,平均每年观测到150～151个中尺度涡产生,标准差约为14个,仅占年平均值的9%.中尺度涡的逐月统计结果表明南海和西北太平洋的中尺度涡活动均有明显季节变化,1993～2009年间的各月南海和西北太平洋分别观测到30～31个和213～214个中尺度涡产生,标准差分别约为6个和41个,均占各自月平均值的19%.中尺度涡主要集中分布在南海东北部、越南东部和黑潮流轴附近海域.涡动能、海面高度距平均方根以及涡度均方根的空间分布大致与涡旋个数分布一致,但在西北太平洋的低纬海区和黑潮延伸体区域则不甚吻合.在相同的涡旋判别标准下,西北太平洋低纬海区(5°～15°N)观测到的中尺度涡个数比中高纬海区要少得多.     

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。     

西北太平洋中尺度涡半径与涡动能的统计关系

中尺度涡的半径与涡动能之间的关系及其内在机制的研究,对我们理解中尺度涡旋的三维结构特征及其变异规律有很大的帮助。本文利用AVISO卫星高度计融合数据,基于流场几何特征的识别方法对西北太平洋(10°～52°N, 120°～180°E)的中尺度涡进行了识别追踪,并由此分析了该区域内中尺度涡的半径与涡动能(Eddy Kinetic Energy, EKE)的统计关系。结果表明该区域中尺度涡的半径与EKE之间存在类似翻转高斯函数的递增关系,特别是在涡旋半径达到一定程度后,EKE将不随半径的变大而继续增强。而且该关系与纬度密切相关,相同半径条件下,涡旋的EKE近似与其所在纬度的第一斜压Rossby变形半径的平方呈反比。进一步分析表明该统计关系与中尺度涡所处的发展阶段没有明显的联系。该结果为建立一个实用性的参数化、归一化的中尺度涡模型提供了一定的理论基础。     

涡分辨率模式模拟的南海中尺度涡旋

Mesoscale eddies(MEs) in the South China Sea(SCS) simulated by a quasi-global eddy-resolving ocean general circulation model are evaluated against satellite data during 1993–2007. The modeled ocean data show more activity than shown by the satellite data and reproduces more eddies in the SCS. A total of 345(428) cyclonic eddies(CEs) and 330(371) anti-cyclonic eddies(AEs) generated for satellite(model) data are identified during the study period, showing increase of ~24% and ~12% for the model data, respectively. Compared with eddies in satellite, the simulated eddies tend to have smaller radii, larger amplitudes, a slightly longer lifetime, faster movement and rotation speed, a slightly larger nonlinear properties(U/c) in the model. However, the spatial distribution of generated eddies appears to be inhomogeneous, with more CEs in the northern part of SCS and fewer AEs in the southern part. This is attributed to the exaggerated Kuroshio intrusion in the model because the small islands in the Luzon Strait are still not well resolved although the horizontal resolution reaches(1/10)°. The seasonal variability in the number and the amplitude of eddies generated is also investigated.     

南海东部中尺度涡生成机制

利用高度计海面高度异常数据和非线性1½层约化重力模式研究了南海东部中尺度涡的生成机制。模式结果表明,南海内区风场是南海东部中尺度涡生成的主要驱动力,且南海内区高频风场能解释约54%的南海东部中尺度涡。从西太平洋传来的信号同样有十分重要的作用,由西太区域高频风场大致能解释南海东部40%的中尺度涡。风驱动的赤道附近的海面异常信号能经过锡布图通道和民都洛海峡传播到吕宋岛西海岸,其中有部分能量会以罗斯贝波的形式往西传播。这种信号在西传的过程中会发生不稳定,可能形成孤立的涡旋。     

南海上层中尺度涡统一三维结构

本文基于归一化合成分析的方法,利用卫星高度计资料和CTD观测资料,在满足静力平衡和地转平衡条件的假设下研究了南海中尺度涡的三维结构,给出了南海中尺度涡归一化之后的三维结构,并与全球大洋中尺度涡统一的三维结构进行对比。结果显示,在1.5倍涡旋半径以外,南海中尺度涡水平结构的收敛速度大约为全球大洋中尺度涡水平结构收敛速度的2.5倍,前者比后者的影响范围要小约1.5倍涡旋半径。由于数据原因,我们仅合成了南海0至800m水深中尺度涡的垂直结构,从垂直结构的合成结果来看,由于受到背景层结和科氏参数的影响,南海与全球大洋各海区中尺度涡的垂直结构具有明显的不同,随着深度的增加,南海中尺度涡垂直结构的衰减速度明显更快。     

基于HYCOM的南海中尺度涡数值模拟

结合AVISO(Archiving Validation and Interpolation of Satellite Oceanographic Data)高度计资料,利用改进的NERSCHYCOM(Nansen Environmental and Remote Sensing Center-Hybrid Coordinate Ocean Model)大洋环流模式,对南海中尺度涡进行数值模拟研究,主要包括中尺度涡的三维结构、南海EKE(Eddy Kinetic Energy,涡动动能)的垂向变化、黑潮中尺度涡的脱落以及涡旋近岸时的结构变化等。模式再现了2007年2月-3月菲律宾西侧海域的一次暖涡过程,探究了其生命期中各阶段的特征物理量的变化,对其成熟时期的涡旋结构研究表明,中尺度涡的结构呈现不对称性,涡旋两侧的流场空间范围和流场强度均不相同,涡旋的半径和中心位置随深度不断变化,并且由涡旋作用产生的升降流的中心与涡旋自身中心并不重合,二者之间有一定距离。初步探索EKE的垂向分布情况,认为南海年平均EKE在垂向变化上呈现三段式,主要部分分布在300m以浅深度,但同时垂向又能达到海洋深层。分析了一次黑潮中尺度涡脱落的模式模拟个例,推测黑潮中尺度涡脱落原因:黑潮流径西移、外海中尺度涡对黑潮的强迫、地形作用,并且结果表明从黑潮脱落的中尺度涡可以携带大量高温高盐水体进入南海,对南海的温盐性质产生很大的影响。初步探索涡旋近岸时的结构变化,涡旋靠近岸界时,受岸界挤压,流速在一段时间内会增大,继续靠近岸界,由于岸界的摩擦、海底的拖曳,导致能量耗散,流速减小,最终涡旋消亡。     

南海中尺度涡对深层流调控作用的个例研究

南海深层环流作为印太海域热盐环流的重要组成部分,研究其时间变异特征对于深入认识印太海域大洋环流具有重要意义。中尺度涡作为南海极为活跃的动力过程,有观测显示其影响深度可超过2000m。结合海表面高度计资料与潜标观测资料,识别南海区域中尺度涡,并分析了中尺度涡对深层流场以及温度场的影响。针对三个中尺度涡的潜标实测结果表明:在涡旋经过时,海洋深层流动有明显的变异,表现在速度、温度方面,速度增加量能达到5.5cm/s,温度变异可达到0.02℃。涡旋经过时,海洋上层、深层流向呈相反态势,第一斜压模动能显著增强。     

Mesoscale Eddies in the Bering Sea from Satellite Altimetry Data

Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics - The dynamics of mesoscale eddies in the Bering Sea is studied by the method for automated eddy identification on the basis of altimetry-derived...     

南海海底地形的卫星测高数据反演

深入讨论了重力异常与海深的关系 ,在考虑地壳均衡补偿效应影响的基础上 ,推导了由重力异常用FFT技术计算海深的模型。最后 ,利用推导的模型联合测高卫星数据和海洋重力资料反演了中国南海 2 5′× 2 5′海底地形     

联合多代卫星测高资料反演中国南海重力异常

联合HY-2A、Geosat、ERS1/2、Envisat、T/P、Jason1/2等多颗测高卫星,通过共线处理和交叉点平差削弱海面时变效应和径向轨道误差等影响,以Jason-1测高卫星作为参考,对多代测高卫星进行基准统一,消除测高数据的不一致性,基于全球EGM2008重力场模型,采用移去恢复技术和逆Vening-Meinesz公式反演中国南海(0°~23°N,103°~120°E)2'×2'重力异常,与船测重力数据比较,均方根误差为4.9m Gal。     

中国南海西部浮游植物对中尺度涡的响应

2011-09应用高效液相色谱分离技术并结合CHEMTAX软件研究了中国南海西部冷涡和暖涡区浮游植物的群落结构组成.结果表明,南海西部优势类群为定鞭金藻、聚球藻和原绿球藻.中尺度涡影响了总叶绿素a(Chl a)的垂直分布和浮游植物群落组成,暖涡使叶绿素最大层下移,但冷涡并未使叶绿素最大层上移;同时,暖涡区定鞭金藻贡献量减少,原绿球藻和聚球藻贡献量增加,而冷涡区硅藻贡献量增加,聚球藻贡献量减少.中尺度涡并未显著影响南海西部浮游植物优势类群的优势地位,但其对水柱积分生物量的影响不同,暖涡区总叶绿素a显著增加,而冷涡区总叶绿素a无显著变化.     

Mesoscale Eddies Observed by TOLEX-ADCP and TOPEX/POSEIDON Altimeter in the Kuroshio Recirculation Region South of Japan

Mesoscale eddies in the Kuroshio recirculation region south of Japan have been investigated by using surface current data measured by an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) installed on a regular ferry shuttling between Tokyo and Chichijima, Bonin Islands, and sea surface height anomaly derived from the TOPEX/POSEIDON altimeter. Many cyclonic and anticyclonic eddies were observed in the region. Spatial and temporal scales of the eddies were determined by lag-correlation analyses in space and time. The eddies are circular in shape with a diameter of 500 km and a temporal scale of 80 days. Typical maximum surface velocity and sea surface height anomaly associated with the eddies are 15–20 cm s^–1 and 15 cm, respectively. The frequency of occurrence, temporal and spatial scales, and intensity are all nearly the same for the cyclonic and anticyclonic eddies, which are considered to be successive wave-like disturbances rather than solitary eddies. Phase speed of westward propagation of the eddies is estimated as 6.8 cm s^–1, which is faster than a theoretical estimate based on the baroclinic first-mode Rossby wave with or without a mean current. The spatial distribution of sea surface height variations suggests that these eddies may be generated in the Kuroshio Extension region and propagate westward in the Kuroshio recirculation region, though further studies are needed to clarify the generation processes.     

进入中国南海的黑潮脱落中尺度涡的特征——基于OFES模式数据

自黑潮脱落并由吕宋海峡进入中国南海的中尺度涡(简称脱落涡旋)对黑潮与南海的水体交换、热量及物质输送等过程均有十分重要的作用.基于1993—2013年OFES(OGCM for the Earth Simulator)模式数据产品,分析研究了脱落涡旋的统计特征及其温盐流三维结构,并与卫星观测结果进行对比分析.OFES模式...     

基于粗糙集的南海中尺度涡旋时空关系抽取研究

南海中尺度涡旋形成机制复杂,影响因素众多,数值模拟、定量统计等方法在分析涡旋时空关系上尚存在一定局限性。采用了粗糙集理论,在不添加任何先验信息的基础上,进行南海中尺度涡旋时空关系的表达,并以2003年11月至2009年6月遥感反演图像中提取的涡旋数据为例,分别以海区、产生时间、涡旋类型为决策属性,抽取南海中尺度涡旋的时空关系规则。通过对时空关系规则的分析,分别从时间、空间以及类型上描述了南海中尺度涡旋的具体特征。研究结果表明,南海暖涡多发生于南海东南部以及中部,多发生于冬季,强度涡度都较低,中心区域温度较高,多发生于水深较浅的区域,并且移动距离较小。冷涡则多发生于南海西南部以及南海东北部,多发生于春、秋两季,强度涡度都较高,中心温度偏低,多发生于水深较大区域,移动距离也较大。     

Characteristics of Sea Surface Circulation and Eddy Field in the South China Sea Revealed by Satellite Altimetric Data

Temporal and spatial variations of sea surface circulation in the South China Sea were revealed with use of altimetric data provided by TOPEX/POSEIDON from December 1992 to October 1997. The estimated distribution of sea surface dynamic heights from altimetric data coincide well with the results of observation by Soong et al. (1995) and Chu et al. (1998). The RMS variability of sea surface dynamic height, which is obtained after tidal correction based on Yanagi et al. (1997), is high in the central part of the South China Sea, the Gulf of Tongking, the Sunda Shelf and the Gulf of Thailand. The high RMS variability in the Gulf of Tongking, the Sunda Shelf and the Gulf of Thailand is due to set up and set down of sea water by the East Asian monsoon, which is northeasterly during winter and southwesterly during summer. Also, the high RMS variability in the central part of the South China Sea is due to the variations of basin-wide circulation. The circulations are dominant in the central part of the South China Sea during summer and winter, an anticyclonic circulation during summer and a cyclonic circulation during winter. It is suggested that these circulations are controlled by the East Asian monsoon. Hence, there is an interannual variability of the basin-wide circulation associated with the variation of the East Asian monsoon.     

A Bathymetric Model for the South China Sea from Satellite Altimetry and Depth Data

A bathymetric model for the South China Sea is computed from altimeter-derived gravity anomalies, shipborne depths, ETOPO5, and the GMT shorelines using a procedure that includes downward continuation, linear regression, and data merging. The model best fits the GMT shorelines and is a compromise between smoothness, degree of agreement with ship data, and the seafloor features we wish to retain. The model is proven useful in studying the tectonics and modeling the ocean tide of the South China Sea.