吕宋海峡附近中尺度涡的统计特征和复合三维结构

【摘要】吕宋海峡是西北太平洋和南海的主要通道,附近海域中尺度涡的活动十分活跃。虽然目前已积累了大量关于中尺度涡统计学上的研究成果,但针对吕宋海峡附近海域涡旋的统计分析仍不够系统。同时,涡旋能否从西北太平洋经吕宋海峡进入南海也备受争议。此外,关于该区域涡旋三维结构的研究更是寥寥可数,而与涡旋相关的体积、热量和盐量输运也有待估算。本文先基于1993-2010年每天的海面高度异常资料,采用改进的涡旋检测与追踪方法较为系统地分析了吕宋海峡东侧(123°-130°E,16°-25°N)和西侧(1120-120°E,160-250N)中尺度涡的统计特征。共检测到362条冷涡轨迹和329条暖涡轨迹,对应着6742次冷涡和6279次暖涡。台湾岛东南、台湾岛西南、吕宋岛西侧和东沙群岛西南是涡旋出现频率的高值区,而黑潮主轴区涡旋出现频率约为零。东侧,台湾岛东北、19°-21°N之间和吕宋岛东海岸附近海域涡旋极性一般为负；西侧,除了台湾岛西南和吕宋海峡里面以外,涡旋极性基本为正。综合生命周期、移动距离、半径、振幅、涡动能和涡度而言,东侧的涡旋要强于西侧的涡旋；东侧冷涡比较强,而西侧暖涡比较强。在贝塔效应和背景流(或地形)的共同影响下,两侧涡旋移动方向多变。东侧涡旋复合移动速度约为5-20cm·s-1,且随纬度增加而减小；西侧沿大陆坡的复合移动速度约为5-15cm·s-1,而吕宋岛西侧的复合移动速度约为2-10cm·s-1。基于40个长生命周期涡旋的分析结果表明,涡旋前60天成长快速,但随后进入衰弱。西北太平洋强涡不能直接穿过吕宋海峡,但有8个小涡旋由其分离出或变弱形成并进入了南海。这些涡旋的持续时间较短,平均生命周期只有47天；都消亡在1190E以东,平均移动距离约347km；平均移动速度约6.9cm·s-1,但瞬间速率最大可达35.8cm·s-1；尺寸偏小,平均半径约71km,平均振幅约6.8cm；平均涡动能约284cm2·s-1,比两侧的平均值小；平均涡度约7×10-6s-1,大于两侧的平均值。在此基础上,本文又基于2002-2012年每周的海面高度异常资料、Argo剖面资料和CSIROAtlasofRegionalSeas(CARS)2009气候态资料,利用客观分析法构建了吕宋海峡两侧涡旋的复合三维结构,并估算出相关的体积、热量和盐量输运。东侧复合涡可造成约±1.5°C的位温异常θ’。复合冷涡θ’存在双核结构,核心位于150dbar和400dbar上下。下核的异常更显著,可能与上升流携带的冷水聚集在副热带模态水以下有关。复合暖涡θ’接近于单核结构,核心深度约200dbar。复合暖涡θ’呈明显的“东高西低”特征,可能与黑潮携带的低纬高温海水导致局地气候态温度上升有关。西侧两种复合涡θ’都只有一个核,核心大致位于100dbar层上,复合冷涡θ’不超过-1°C,而复合暖涡θ’却可超过20C。东侧复合涡盐度异常的“三明治”特征明显,而西侧因为存在着不可忽略的Argo-CARS2009盐度误差导致该特征不明显。复合涡位密异常与θ’的极性相反,但它们的三维结构相似,说明温度对密度的影响要比盐度大。东侧复合冷涡(暖涡)表层最大地转流异常约为0.25(0.2)m·s-1,而西侧约为0.1(0.15)m·s-1。与统计结果一致,东侧复合涡比西侧复合涡强；东侧复合冷涡更强,而西侧复合暖涡更强。按东侧冷涡、东侧暖涡、西侧冷涡和西侧暖涡的顺序,复合涡的受限深度分别是480、200、40和150dbar。基于本文定义的“受限区”,复合涡引起的体积输运分别是0.47、0.2、0.01和0.17Sv；热量输运依次是-9.5、4.5、-0.05和4.9x1011W；盐量输运分别是-11.2、-5.4、-0.4和-15.3×103kg·s-1。
【作者】倪钦彪；
【导师】张文舟；
【作者基本信息】厦门大学，海洋事务，2014，硕士
【关键词】中尺度涡；体积；热量和盐量输运；复合三维结构；统计特征；吕宋海峡；

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