南海一个罗斯贝标准模态的特征与归因

南海是一个准封闭海盆,其本征值问题是理解南海动力学的重要内容。本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换,从卫星观测资料中分离得到一个南海本征模态,即罗斯贝标准模态的近似场。发现该模态的周期为6个月左右、波长近250km,在深水海盆向西传播,这与寿命为3个月左右的南海中尺度涡群体活动特征相一致。在此基础上,本文通过Liang-Kleeman信息流这一严格建立在第一性原理上的定量因果分析工具,探究南海两个最重要外部强迫,即黑潮入侵与南海季风对该罗斯贝标准模态的影响。结果表明二者与该模态均有较强因果关系,但分别影响模态的不同阶段:黑潮入侵主要影响其1/2π和3/2π位相,季风的作用则体现在3/4π位相。二者共同作用,调制该模态在近一个周期内的变化。进一步研究发现,黑潮入侵的过渡态是影响该模态的关键,这时黑潮在南海的分支与流套强度相当,有利于吕宋海峡西部形成不同极性涡旋的排列,从而影响南海内部罗斯贝标准模态。对南海季风而言,冬季风与夏季风的成熟阶段是影响该模态的重要时期,但并非整个南海的季风都发挥作用,泰国湾是季风改变南海罗斯贝标准模态的关键区域,这表明局地的强迫对激发全局模态起作用。

苏拉威西海海面高度多频率季节内变化及其机制分析

本文利用1993-2022年卫星高度计观测数据,分析苏拉威西海海面高度多频率季节内变化信号的时空特征,利用罗斯贝标准模理论给出动力解释。谱分析显示,苏拉威西海海面高度变化存在很强的30~90 d的季节内信号,其平均功率谱密度为半年内信号平均功率谱密度的13倍。这些季节内信号具有离散、不连续的谱峰周期,其中54.0 d和64.4 d的峰值最大,分别为30~90 d信号平均谱值的28倍和23倍。罗斯贝标准模态理论分析显示,近封闭的苏拉威西深海盆存在离散的罗斯贝标准模态。卫星高度计观测的季节内变化与罗斯贝标准模态结果的二维空间结构演化、周期以及西传速度一致,罗斯贝标准模态解的叠加呈现出与海面高度变化相似的方差分布,这说明苏拉威西海海盆的固有振荡是其季节内变化特征形成的重要机制之一。

南海中尺度涡研究进展

根据维基百科的定义(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Edd),海洋中水平直径在10~500km、持续时间由数天至数月之间的水平旋转水体通称为中尺度涡。南海中尺度涡最早发现于1956年,60a来的观测与研究表明,南海是中尺度涡多发、频发海区。南海中尺度涡研究大致经历了早期发现、将中尺度涡当作单体运动现象研究、统计分析和当作群体运动现象研究等阶段,本文概要评述南海中尺度涡研究发展史和近年最新研究进展。经过60a的观测与研究,南海中尺度涡的宏观特征,包括三维结构和运动学,已大致清楚。南海中尺度涡全年皆可发生,主要分布在水深大于1 000m的深海盆,其中吕宋海峡以西和海盆西边界最为集中,气旋式冷涡和反气旋式暖涡发生概率大致相同。南海中尺度涡海面半径大多分布在50~150km,半径随水深减小,平均水平尺度比太平洋的涡旋要小。涡旋个数逐月变化,但季节规律不明显;年际变化幅度约20%,但与ENSO无明显对应关系;年平均个数的统计结果不一,最少11个·a^(-1),最多49个·a^(-1)。南海中尺度涡旋转流场从表层一直延伸到海底,流矢量表层(100m)最大(可达40cm·s^(-1)),随水深减小,2 000m仍可达3.5~5.0cm·s^(-1),但相对涡旋中心不对称,涡轴线向西倾斜。南海中尺度涡以2.0~9.0cm·s^(-1)的速度向西传播,低速区分布在深海盆东边界和西南部分海域。海面涡度平均值在5.4×10^(-6)~20×10^(-6) s^(-1)区间,高于太平洋平均值。近期研究把南海中尺度涡视为群体运动现象,先后提出长寿涡列、驻波模态和罗斯贝标准模等新概念。关于南海中尺度涡的发生机制,前人多认为黑潮和南海局地为起源。最新观点认为以罗斯贝波和中尺度涡为表现形式的太平洋中尺度扰动直接进入南海,并与海盆固有振荡模态发生共振,从而构成太平洋起源。而南海中尺度涡耗散过程、中尺度涡与其他海洋过程的相互作用有待进一步研究。