LICOM模拟的南海贯穿流及其对南海上层热含量的影响

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据、XBT(Expendable Bathythermograph)观测数据和绕岛环流理论(island rule)诊断计算结果评估了一个涡相容(eddy-permitting)全球海洋环流模式——LICOM对南海贯穿流及南海上层热含量的模拟能力,同时利用模式输出探讨了南海贯穿流对南海上层热含量的影响。NEC(North Equatorial Current)分叉的垂向结构、南海内区环流的季节和吕宋海峡体积输送的年际变化等分析结果都表明,LICOM能获取西北太平洋-印尼海域环流和南海贯穿流的合理模拟结果。模式模拟的南海上层热含量季节变化与观测及同化数据都表现出良好的一致性,尤其在南海内区。相关分析表明,吕宋海峡热输送主要控制着南海内区上层的热含量变化,两者呈显著负相关,这进一步证实了南海贯穿流作为一支冷平流调制着南海上层热含量变化的重要事实。

南海贯穿流荷载中尺度过程能量学诊断

本文利用南海海洋再分析产品REDOS(Reanalysis Dataset of the South China Sea)和风场资料CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform),通过能量诊断探讨了越南沿岸南海西边界流(南海贯穿流主体部分)区域夏季(6—9月)涡流相互作用的年际变化特征以及平均流对中尺度过程的贡献。结果显示,在季风和西边界强流、南海贯穿流的共同影响下,越南沿岸东向急流和双涡结构的能量分布和收支有显著的年际差异。尽管涡动能(EKE,Eddy Kinetic Energy)和涡动有效势能(EPE,Eddy available Potential Energy)的量级基本一致,但二者在水平和垂向空间分布上存在明显差异,这与夏季风影响下的南海西部边界流,越南离岸流的上层海洋密度梯度、流速大小和剪切导致的斜压、正压不稳定性等因素相关。同时随着深度的增加,密度梯度变化相对水平速度剪切对海洋涡流过程的影响逐渐凸显。EKE能量收支分析表明,压强与风应力主要做正功,是维持EKE稳定的主要能量来源,而EKE平流项既可以促进涡旋的增长,也会造成涡旋的消耗,对EKE的年际变率影响比较显著。正压不稳定导致的能量转换主要影响南海西部边界流区域,并存在显著年际变化,并且在风和平均流的影响下,沿贯穿流方向存在显著空间分布差异。越南离岸流正异常年,整体呈现平均流向涡旋传递能量;负异常年,出现EKE反哺平均动能的情况。

南海贯穿流季节变化数值模拟研究

本文采用美国伍兹霍尔研究所研发的海洋-大气-波浪-泥沙输运耦合模式COAWST(Coupled Dcean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport)对南海及邻近海域进行了9 km分辨率的数值模拟研究。结果表明,南海贯穿流的季节变化再现了冬强夏弱的特征,在南海内部冬季呈现气旋环流结构,夏季呈现反气旋环流结构,尤其在冬季其流轴结构更为清晰和稳定,海水从吕宋海峡进入南海,从民都洛海峡、卡里马塔海峡、台湾海峡和巴拉巴克海峡流出,吕宋海峡断面流量与其他4个海峡流量合计在数量级上相当,保持南海海水总量不变。吕宋海峡、卡里马塔海峡、民都洛海峡的流量呈现明显相关性,吕宋海峡流量增大时,民都洛海峡和卡里马塔海峡的流量也相应增大,相关系数分别达到0.78和0.9。通过更适于分析中短期变化的简化绕岛环流理论,定量计算2019年吕宋海峡、黑潮和棉兰老流流量与北赤道流分叉点位置的关系,发现夏季北赤道流分叉点NECBL(North Equatorial Current Bifurcation Latitude)偏南,在13.6°N附近;冬季NECBL偏北,在15.6°N左右,同期黑潮流量减少,棉兰老流流量增加,作为南海贯穿流入流的吕宋海峡流量可达13.4 Sv。吕宋海峡输运补偿了北赤道流到达菲律宾海岸后的北向分支的流量,与棉兰老流的流量呈正相关,相关系数达到0.5361。

印度尼西亚贯穿流与南海贯穿流的相互调制

基于风应力估算和海洋同化数据的分析都表明,印度尼西亚贯穿流与南海(吕宋海峡)贯穿流的年际变化呈反位相,其主要原因是赤道太平洋风场异常强迫．在EI Nin0期间,赤道太平洋的西风异常会使北赤道流增强,其分叉点向北移动;北赤道流对黑潮和棉兰老流的体积输送分配产生变化,黑潮减弱,棉兰老流增强．两支环流的变化会导致在吕宋海峡和苏拉威西．棉兰老通道处出现入隙／跨隙(undenhooting/overshooting)现象,即黑潮减弱会导致从太平洋进入南海的水体增加,而棉兰老流增强会导致太平洋进入印度洋水体的减少．La Nina期间,情况与之相反．因此,印度尼西亚贯穿流和吕宋海峡贯穿流的年际变化关系具有深刻的海洋动力学意义。

南海潜热交换年际与年代际变化的分析探讨

根据一套客观分析潜热通量、基于绕岛理论诊断的南海贯穿流(LST)、南海热含量等月平均资料,分析南海表层潜热通量的年际和年代际变化特征。南海地区的潜热通量冬季强,春季的潜热通量弱;在秋冬季节,南海北部的潜热通量远大于南部;夏季南海潜热通量南部高于北部;从20世纪80年代初潜热通量逐渐增加。使用EOF经验正交分解,M-K检验方法分析南海潜热通量的多时间尺度变化,前3个模态的方差贡献率分别为:53.01%(主要为长期趋势)、17.4%(年代际变化)、6.71%(年际变化)。分析表明在年际尺度上南海贯穿流(LST)减少导致南海海表温度(SST)增温幅度上升,海气温差比湿差减小,从而导致潜热释放减少,潜热通量呈负异常;反之LST进入南海增多,海气温差比湿差变大,导致南海潜热损失减少,潜热通量呈正异常。

与南海西边界流有关的区域海洋学进展

从动力学角度,回顾了与南海西部主流系及其涡旋研究有关的南海物理海洋学的进展.主要内容涉及南海西边界流漂流浮标观测、西边界流源区涡旋遥感观测、西边界流源区跨陆架交换、涡流相互作用、西边界流年际变化、西边界流区海气相互作用、南海贯穿流等方面的进展.西边界流是一个强流系,其与季节和年际变化相关的结构特征、变率及跟某些动力过程的关联有待研究.在西边界流变率、涡旋环流相互作用、海气过程以及南海贯穿流取得了以下成果:(1)利用漂流浮标观测样本对南海西边界环流进行分析,指出南海西边界表层环流在到达越南中部沿岸后伴随着流幅变窄的同时流速加强;探讨了南海北部环流变化机理,定量诊断南海西边界流北支冬季逆风流产生的动力机制;利用航次数据对18°N断面的经向地转流进行诊断,表明南海西边界流的经向输送年际变化明显;(2)结合航次观测数据,对2003/2004年冬季南海北部2个反气旋涡旋和2007年夏季18°N附近的3个反气旋涡旋进行研究,指出冬季2个涡旋产生后以罗斯贝(Rossby)波速度(约0.1m/s)沿北部陆坡向西南方向传播,并初步揭示了南海西边界环流与夏季3个涡旋的相互作用;南海北部陆架区涡旋西南向传播最大(最大为0.09m/s),而越南以东海域涡动能(EKE)最大,这都说明涡旋活动与南海西边界流存在强的相互作用;(3)发现南海西边界流附近海表面温度(SST)强的季节内振荡特征,进一步研究表明此区域冬季SST季节内变化会使潜热季节内信号减弱20%;(4)探讨了南海贯穿流的长期变化特征以及与整个太平洋环流系统的相互关联.

印度尼西亚海与印度尼西亚贯穿流研究概述

概述过去30年间与印度尼西亚海和印度尼西亚贯穿流有关的海洋动力学方面的研究进展。印度尼西亚海处于海洋大陆的中心地带,衔接西太平洋和印度洋的暖池,是影响大气环流的关键海域;而通过印度尼西亚海多个连通海峡从太平洋进入印度洋的贯穿流,对维持全球大洋热盐分布和平衡起着关键的作用,影响着全球大洋环流的结构及长期的气候变化。基于大型观测计划的推动,国际上对印度尼西亚海和印度尼西亚贯穿流(ITF)研究已经有了长足的进展。不但对印度尼西亚海的环流、波动、潮流和混合、垂向层结结构,以及海气相互作用等方面取得重要进展,而且对流经该海区的世界大洋环流唯一热带跨洋盆分支———ITF进行全面研究。贯穿流研究涉及ITF的分支、垂向结构、多尺度变化、水体的来源及影响、热盐输运、与太平洋和印度洋环流的关系,以及对大尺度海气相互作用的贡献等诸多方面。对相关的研究进行分类总结并对未来的研究提出展望。