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黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化研究

热带海洋学报 2021年第1期40卷 1-11页

作者：罗士浩经志友闫桐郑瑞玺曹海锦齐义泉热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所) 广东广州510301 中国科学院大学北京100049 河海大学海洋学院江苏南京210098

近年来的现场观测和理论研究发现,次中尺度现象广泛存在于上层海洋,其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析,对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨... 详细信息

近年来的现场观测和理论研究发现,次中尺度现象广泛存在于上层海洋,其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析,对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨。探讨结果表明,黑潮延伸体海域次中尺度过程具有冬季最强,春季和秋季次之,夏季最弱的显著季节变化特征。基于冬、夏季次中尺度能量源的诊断可以看到,这些季节变化特征主要与上层海洋的斜压不稳定和锋生作用有关。冬季,黑潮延伸体海域的中尺度能量较弱,但次中尺度过程在季节尺度上表现最为活跃,这主要与混合层斜压不稳定的作用有关;夏季,黑潮延伸体海域的混合层较浅,次中尺度过程较弱,但中尺度涡旋活跃,中尺度流场变形引起的锋生作用对夏季次中尺度现象的产生具有重要影响。在次中尺度能量的季节变化方面,冬季次中尺度过程从中尺度过程汲取能量的速率远高于夏季,这是冬季次中尺度过程比夏季更为活跃的主要原因。本文研究结果有助于加深对黑潮延伸体海域次中尺度过程季节性变化及其动力机制的理解。

关键词：黑潮延伸体次中尺度过程季节变化锋生作用

南海北部反气旋涡旋边缘的次中尺度动力过程分析

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热带海洋学报 2018年第3期37卷 19-25页

作者：郑瑞玺经志友罗士浩热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所) 广东广州510301 中国科学院大学北京100049

广泛存在于上层海洋的次中尺度过程能有效地从平衡态的中尺度地转剪切中汲取动能,并通过非地转斜压不稳定正向串级能量至小尺度的耗散过程,从而对海洋物质能量输运、中尺度过程变异以及混合层再层化等产生重要影响。文章利用高分辨率(50... 详细信息

广泛存在于上层海洋的次中尺度过程能有效地从平衡态的中尺度地转剪切中汲取动能,并通过非地转斜压不稳定正向串级能量至小尺度的耗散过程,从而对海洋物质能量输运、中尺度过程变异以及混合层再层化等产生重要影响。文章利用高分辨率(500m)的区域海洋数值模式ROMS(Regional Ocean Modeling System)模拟结果,并结合理论分析,对南海北部冬季典型反气旋涡的次中尺度动力过程进行了初步探讨。研究结果表明,典型中尺度涡边缘存在显著的锋面,锋面海域强烈的水平浮力梯度能有效地减小Ertel位涡,有利于诱发次中尺度对称不稳定(symmetric instability);锋生作用是引起该中尺度涡边缘发生对称不稳定的主要动力机制之一。同时,次中尺度过程及其不稳定引起的垂向次级环流显著增强了混合层垂向物质能量交换,最大垂向速度可达95m·d^(-1),影响深度最深至80m。

关键词：南海北部反气旋涡锋面次中尺度过程对称不稳定

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黑潮延伸体海域典型涡旋的次中尺度特征分析

热带海洋学报 2021年第6期40卷 31-40页

作者：张旭经志友郑瑞玺黄小龙曹海锦热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所) 广东广州510301 中国科学院大学北京100049 河海大学海洋学院江苏南京210098

本文基于卫星遥感资料和高分辨率ROMS(Regional Ocean Modeling System)数值模拟结果,对黑潮延伸体海域典型中尺度涡旋的次中尺度特征进行了探讨。卫星观测和模拟结果显示,黑潮延伸体涡旋海域伴随着活跃的次中尺度现象。涡旋演变与多尺... 详细信息

本文基于卫星遥感资料和高分辨率ROMS(Regional Ocean Modeling System)数值模拟结果,对黑潮延伸体海域典型中尺度涡旋的次中尺度特征进行了探讨。卫星观测和模拟结果显示,黑潮延伸体涡旋海域伴随着活跃的次中尺度现象。涡旋演变与多尺度能量分析结果表明,涡旋海域次中尺度动能的强弱与涡旋海域地转流动能有着密切联系,锋生可能是涡旋边缘次中尺度动能增强的重要机制。次中尺度现象在中尺度涡旋海域具有沿地转流方向的复杂涡丝状结构特征,意味着涡旋边缘较强的水平浮力梯度和地转流侧向剪切为次中尺度过程形成与发展提供了有利条件。此外,垂向结构分析表明,次中尺度过程能引起较大的垂向速度,最大可达100m·day^(-1),该垂向速度可以影响至混合层下200m深度处,对海洋内部的垂向物质能量交换、海—气相互作用等有着重要的影响。

关键词：中尺度涡旋次中尺度过程锋面黑潮延伸体

基于高分辨ROMS模式的黑潮延伸体次中尺度涡各向异性分析

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热带海洋学报 2020年第3期39卷 10-18页

作者：周霄雯曹海锦经志友廖光洪河海大学海洋学院江苏南京210098 热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所) 广东广州510301

次中尺度过程的水平空间尺度约为0.1~10km,时间尺度约为1天,里查森数和罗斯贝数为0(1),能有效地从中尺度环流中汲取能量向小尺度湍流串级,并对上层海洋物质的垂向交换有着重要影响。本文基于水平分辨率为~500m的高分辨率ROMS(regional o... 详细信息

次中尺度过程的水平空间尺度约为0.1~10km,时间尺度约为1天,里查森数和罗斯贝数为0(1),能有效地从中尺度环流中汲取能量向小尺度湍流串级,并对上层海洋物质的垂向交换有着重要影响。本文基于水平分辨率为~500m的高分辨率ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟结果,采用方差椭圆方法,评估了黑潮延伸体海域上层海洋次中尺度涡旋的各向异性特征,并探讨了涡旋各向异性值的大小与次中尺度过程特征参数的相关性。研究结果表明,黑潮延伸体主轴强流区域的次中尺度涡旋各向异性值明显小于两侧海域,主轴区域的次中尺度涡旋特征明显强于流轴两侧海域,各向异性值与次中尺度过程的强弱有着较为显著的负相关关系,表明次中尺度过程具有较小的各向异性特征(更趋各向同性)。方差椭圆表征了涡与平均流相互作用过程中的能量反馈机制,较大的各向同性特征意味着动能更趋正向串级。

关键词：次中尺度过程黑潮延伸体涡旋各向异性能量串级上层海洋

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南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征分析

热带海洋学报 2020年第3期39卷 1-9页

作者：黄小龙经志友郑瑞玺张旭热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所) 广东广州510301 中国科学院大学北京100049

利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果,对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示,南海西部夏季锋面海域存... 详细信息

利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果,对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示,南海西部夏季锋面海域存在活跃的次中尺度现象,其水平尺度约为1~10km,且具有O(1)罗斯贝数(Rossbynumber,Ro)的典型次中尺度动力学特征。进一步的诊断分析表明,在夏季西南风的驱动下,沿锋面射流方向的风应力(down-frontwind stress)引起的跨锋面埃克曼输运有利于将海水由锋面冷水侧向暖水侧输运,减小了锋面海域的垂向层结和Ertel位涡,加剧了锋面的不稳定,并形成跨锋面的垂向次级环流。高分辨率模拟结果显示,锋面海域最大垂向流速可达100m·d^-1,显著增强了上层海洋的垂向物质交换。因此,活跃在锋面海域的次中尺度过程可能是增强南海西部上升流海域垂向物质交换的重要贡献者。

关键词：上升流锋面次中尺度过程区域海洋数值模式卫星遥感南海西部

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台湾以东涡旋锋面过程统计分析研究

台湾以东涡旋锋面过程统计分析研究

作者：曾伟强广东海洋大学

学位级别：硕士

海洋中尺度涡蕴含着丰富的能量,可达海洋环流总动能的80%以上,对海洋水体、能量及营养盐输运起着重要作用。涡旋边缘存在丰富的锋面过程,可引起次中尺度过程和强烈的垂向运动,对海洋能量、物质的垂向交换及海洋生态过程具有重要作用。... 详细信息

海洋中尺度涡蕴含着丰富的能量,可达海洋环流总动能的80%以上,对海洋水体、能量及营养盐输运起着重要作用。涡旋边缘存在丰富的锋面过程,可引起次中尺度过程和强烈的垂向运动,对海洋能量、物质的垂向交换及海洋生态过程具有重要作用。涡旋锋面的时空分布特征及动力机制的研究是海洋科学的一个重要科学问题,但是,由于获取相关现场数据非常困难,涡旋锋面的时空分布特征及动力机制的研究还缺乏深入的认识。台湾以东海域存在丰富的中尺度涡,是研究这一科学问题的理想场所。本文基于CMEMS温、盐数据,ECMWF海面10 m再分析风场资料及Argo浮标数据,结合动力学诊断,对台湾以东涡旋锋面过程进行统计研究,深入研究涡旋锋面时空分布特征,厘清其动力机制,对揭示海洋物质及能量交换机制等物理过程具有一定的科学意义。本研究结果如下:(1)研究海域SST、风场、温度锋面存在季节变化特征。8月SST较高覆盖范围较广,2月较小。冬季吹东北季风,风速自北向南逐渐增加,带来低温海水,有利于形成温度锋面。夏季吹东南季风,带来高温海水,不利于温度锋面的形成。春、秋季为季风转换期。冬、春季表层温度锋面较强,夏、秋季较弱。锋面区域随SST上升而逐步向北收缩,随SST下降而逐步向北扩大。(2)基于涡旋的矢量识别算法,得到研究区域内涡旋平均半径约为53 km,范围在43-69 km。出现概率约9.1%,范围在6%-17%。受风应力旋度作用,冬、春季涡旋出现概率较小,夏、秋季较大。2月至5月涡旋出现概率逐月增加,分布范围逐月扩大。6月至次年1月涡旋概率和涡旋分布范围逐月减小。涡旋在空间出现位置偏向研究区域西侧。对涡旋作归一化处理得到合成涡旋的空间分布特征,合成涡旋SST和锋面强度由南向北递减。正涡旋以低温为中心,并向四周递增。负涡旋以高温为中心,并向四周递减。涡旋南部锋面过程(SST梯度)、锋面强度主要由正涡旋提供,北部主要由负涡旋提供。(3)结合涡旋及温度锋面分布特征,得到涡旋锋面的时空分布特征。从涡旋锋面统计结果可以发现,正、负涡旋锋面数量在月平均分布中具有相同的变化趋势,涡旋锋面出现概率在4月至8月逐月减少,在9月至次年4月逐月增大,但未出现明显的年际变化特征。涡旋锋面绝对概率和相对概率在冬、春季较大,分布较广。秋季次之。夏季概率较小,分布范围较小。比较不同涡旋的变化特征可知,正涡旋锋面出现个数比负涡旋锋面多,正涡旋锋面主要存在研究区域西部,负涡旋锋面主要出现在北部和西北部。进一步分析涡旋锋面动能可知:负涡旋锋面动能大于正涡旋锋面,负涡旋锋面动能存在明显的年代际变化,以5年为一个周期。锋面动能均大于涡旋动能,锋面动能增强时,涡动能也增强,所以锋面动能可加强涡动能。(4)通过分析涡旋锋面附近Argo浮标数据可知,冬季混合层较深夏季较浅,锋面附近温、盐、密度混合层和跃层中出现扰动,扰动出现的深度和变化振幅与浮标距离锋面及锋面强度有关。分析单个涡旋锋面动力机制可知,涡旋南部锋面Rossby数较大,各向异性较小,表明涡旋锋面存在非地转过程,而较强的锋面强度、水平流速剪切、水平浮力梯度和OW参数,均表明涡旋存在锋生过程。涡旋锋面Ertel位涡为负值,存在很强的斜压性,其中Ri转换角度在负80°-90°之间,有利于锋面对称不稳定机制的发生。冬、春季风应力旋度绝对值和风速值较大,可增加涡旋一侧的EBF并增强锋生过程和对称不稳定,进而增加冬、春季涡旋锋面出现概率。

关键词：涡旋锋面次中尺度过程识别算法