黑潮延伸体区域脱落涡旋研究

论文摘要

黑潮延伸体区域是中纬度海气相互作用的关键区域,也是海洋涡旋最活跃的区域之一。脱落涡旋的研究在分析和理解海洋中物质和能量的输送以及海-气相互作用等方面起着重要的作用,但是之前的研究并没有很好的区分出该区域从流轴脱落的涡旋、“蛇形”（meanders）以及其他的中尺度涡。本文基于1993-2015年AVISO卫星高度计融合数据,参照WA（Winding-Angle）方法人工统计了从黑潮延伸体流轴脱落的涡旋,并系统分析了该区域脱落涡旋的空间分布特征、运动属性以及季节、年际和类年代际变化特征。23年间共追踪到242个气旋涡,276个反气旋涡,脱落的涡旋主要分布在沙茨基海脊以西区域。从脱落涡旋的源地空间分布来看,气旋涡的形成区域有两个高发区,一个位于黑潮延伸体流轴稳定弯曲处,即144oE-146oE之间的上游区域;另一个位于沙茨基海脊西侧156oE处。而反气旋涡的形成区域也有两个高发区,一个位于沙茨基海脊以西的下游区域,另一个位于148o E处。这些脱落的涡旋大多向西移动,反气旋涡和气旋涡向西移动的平均速度分别为3.52 cm/s和3.89 cm/s,其中有88%的涡旋再次被流轴吸收。脱落涡旋的平均生命周期为50天,气旋涡和反气旋涡平均半径分别为92.4 km和103.9 km,平均振幅分别为35 cm和32 cm。脱落涡旋的数量显示出了明显的年际和类年代际变化,在流轴的上下游区域,类年代际和年际变化分别占主导地位。在上游区域,脱落涡旋的类年代际变化与黑潮延伸体的强度呈负相关。在季节变化上,夏季脱落形成的涡旋最多,冬季最少。基于脱落涡旋的统计特征,结合Argo浮标资料、日本国家海洋科学与技术研究中心（JAMSTEC）船测资料数据集和WOA13 v2气候态温盐数据,采用客观分析插值法,合成了黑潮延伸体区域脱落涡旋的三维温盐结构,并估算出相关的热量输运。脱落的气旋（反气旋）涡呈现明显的位势温度负（正）异常,自西向东脱落的气旋（反气旋）涡引起的位温异常极值深度逐渐变浅（深）、位温异常值减小。140°-150°E脱落的冷涡由于低位势涡度的副热带模态水的存在,有“双核”结构特征。脱落的气旋（反气旋）涡在小于600 m深度有相对强的负（正）盐度异常;大于600 m深度气旋（反气旋）涡有相对弱的正（负）盐度异常。黑潮延伸体各区域合成脱落涡旋的温、盐异常的影响程度并不完全相同,可能与各区域背景流强度和温盐场有关。脱落涡旋对温盐的平均影响深度可达1 000 m以上。基于涡旋运动轨迹来计算涡旋运动导致的热量输送结果表明,脱落涡旋的经向热量输送值约为0.03 PW,该估算量占黑潮延伸体急流所处纬度的涡旋经向热量输送的三分之一,对北太平洋经向涡旋热量输送有重大贡献。最后,研究了北太平洋副热带西部模态水（NPSTMW）的分布特征以及脱落涡旋对其影响。研究表明黑潮延伸体区域反气旋涡中平均混合层深度和NPSTMW的厚度均大于气旋涡,这也间接证明了,反气旋涡中更易生成模态水。低位势涡度水的强度在合成的脱落涡旋中的分布表明,脱落的反气旋涡中NPSTMW明显强于气旋涡,并且在反气旋涡的东侧有高位涡水体向南输运,而低位涡水体被限制在反气旋涡中心。脱落的反气旋涡中的捕获深度（Trapped Depth）高达950 m,气旋涡中为800 m。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 研究进展
•     1.2.1 卫星遥感数据及其应用
•     1.2.2 黑潮延伸体区域涡旋研究进展
•     1.2.3 北太平洋副热带西部模态水研究进展
•   1.3 研究目标及主要研究内容
• 第二章 数据及方法介绍
•   2.1 数据介绍
•     2.1.1 卫星高度计数据
•     2.1.2 Argo浮标数据
•     2.1.3 船测以及锚碇观测数据
•     2.1.4 气候态温盐数据
•     2.1.5 SODA数据
•     2.1.6 OAFlux热通量资料
•     2.1.7 NCAR/NECP再分析资料
•   2.2 方法介绍
•     2.2.1 脱落涡旋识别方法
•     2.2.2 脱落涡旋追踪方法
•     2.2.3 合成涡旋方法
• 第三章 黑潮延伸体区域脱落涡旋的统计分析
•   3.1 脱落涡旋属性
•   3.2 季节变化
•   3.3 年际和类年代际变化
•   3.4 小结
• 第四章 脱落涡旋的三维结构特征以及热量输运
•   4.1 三维结构合成特征分析
•     4.1.1 位温异常结构
•     4.1.2 盐度异常结构
•     4.1.3 位势密度异常结构
•     4.1.4 地转流异常结构
•   4.2 脱落涡旋热量输送的空间分布
•     4.2.1 单个涡旋热量和盐量异常的计算
•     4.2.2 计算涡旋运动造成的热量和盐量输送的算法
•   4.3 脱落涡旋跨越流轴输送热量计算
•   4.4 小结
• 第五章 北太平洋副热带西部模态水
•   5.1 统计特征分析
•   5.2 核心位温、核心盐度变化特征及成因分析
•   5.3 脱落涡旋对NPSTMW的影响
•     5.3.1 NPSTMW在脱落涡旋中的分布
•     5.3.2 脱落涡旋垂直结构对NPSTMW的影响
•   5.4 夏季异常与我国秋冬气温年际变化的关系
•     5.4.1 NPSTMW夏季异常年份海温异常的演变特征
•     5.4.2 我国秋、冬季气温与亚太大气环流异常的关系
•   5.5 小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•     6.1.1 脱落涡旋的统计分析
•     6.1.2 脱落涡旋的三维结构及热量输送
•     6.1.3 北太平洋副热带西部模态水
•   6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 丁雅楠

导师: 靖春生

关键词: 黑潮延伸体区域,脱落涡旋,时空特征,三维结构,热量输送,北太平洋副热带西部模态水

来源: 自然资源部第三海洋研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 自然资源部第三海洋研究所

分类号: P731.27

总页数: 103

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