黑潮延伸区的海平面异常和中尺度涡的统计分析

利用1993～2004年卫星高度计TP/Jason-1和ERS/ENVISAT提供的海平面异常(SLA)融合数据,分析了黑潮延伸区12年来的平均海平面异常的变化特征及中尺度涡的分布规律。研究表明,在黑潮延伸区海平面异常(SLA)呈递增趋势,年平均上升率为8.89mm/a,显著性周期是1年、0.5年和6年;黑潮延伸区的海平面异常和海表面温度异常的低频分量与Nino3指数具有较高的相关性。这说明,黑潮延伸区的海平面变化和海表面温度与厄尔尼诺事件密切相关,都受到黑潮变化的密切影响。在日本东部的黑潮延伸区,中尺度涡自东向西移动,寿命约为1年,移动速度大约是10经度/年。气旋涡和反气旋涡的面积呈现几乎同步增减的规律,均呈年周期变化,上半年少,下半年多。在1997～1998年,黑潮延伸区内中尺度涡的面积显著减小,并且正好对应于Nino3指数极大值出现的年份。因此,黑潮延伸区内中尺度涡的数量和强度也与厄尔尼诺事件密切相关。

大气对黑潮延伸区中尺度海洋涡旋的响应——冬季暖、冷涡个例分析

采用动态合成、带通滤波等方法,通过对冬季黑潮延伸区暖、冷两个中尺度海洋涡旋的分析,研究了大气对中尺度海洋涡旋的响应特征。结果表明,海表温度(SST)与近海面风速的正相关关系在涡旋的动态合成图上清晰可见,暖(冷)涡上空对应10 m风速的极大(小)值,即海洋对大气的强迫作用在日时间尺度上表现显著;SST高低值中心基本对应10 m风无辐散区,暖(冷)涡上空为异常正(负)涡度分布;暖(冷)涡上空潜热、感热通量增大(减小),降低(增大)大气稳定度,从而加强(减弱)边界层垂直混合作用,使得海洋大气边界层增厚(变薄)。暖(冷)涡旋上空对应摩擦速度极大(小)值,反映了湍流粘性力在高(低)海温中心增大(减小)的特征,表明动量垂直混合机制在中小尺度海气相互作用中起着主要作用。中尺度海洋涡旋能够影响大气瞬变扰动,大气瞬变扰动强度在暖(冷)涡下游上空出现极大(小)值,该影响不仅表现在海洋大气边界层,在自由大气中低层也有较为清晰的反映。此外,从能量转换的角度入手,发现斜压能量转换在中尺度海洋涡旋影响大气瞬变扰动强度中贡献明显。

黑潮延伸区气旋式涡旋浮游植物繁殖个例

【目的】研究黑潮延伸体区域内的涡旋活动对浮游植物繁殖的影响。【方法】根据高分辨率的卫星遥感和再分析资料,对李亚诺夫指数(FSLE)、海表面温度(SST)、海表面高度异常(SLA)、叶绿素(Chl-a)浓度进行归一化合成分析,并计算气旋式涡旋内混合层厚度(MLD)以及引起的埃克曼抽吸速率。【结果与结论】黑潮延伸体区域内的气旋式涡旋引起的埃克曼抽吸作用和冬季混合是Chl-a浓度升高的主要驱动机制。周期为44周的涡旋在16～23周(春季)期间Chl-a浓度高于同期背景场,最大Chl-a浓度是周围的3倍。冬季强湍流混合和涡-风导致的埃克曼抽吸作用使得混合层深度加深至由埃克曼抽吸主导营养盐输送的跃层深度,结合涡致埃克曼抽吸,有利于携带跃层内更多的营养盐输送至混合层,配合春季充足的光照条件,则会更进一步促进浮游植物繁殖。长时间的闭合拉格朗日拟序结构,对于维持高浓度Chl-a有一定的作用。

两类ENSO背景下黑潮及其延伸区海温异常对东北夏季降水的影响:个例对比

利用中国160站月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料等,对比分析了在2009/2010年中部型E1Nino和1997/1998年东部型El Nino背景下,黑潮及其延伸区海温异常对东北地区降水的影响。结果表明:东亚沿岸自南向北异常"反气旋-气旋-反气旋"环流的偏移是导致这两年东北夏季降水不同的关键。2010年这一异常环流型比1998年整体偏东偏北,使得太平洋副热带高压、中纬度西风槽以及东北亚阻塞形势也偏东偏北,造成冷暖空气交汇于东北南部,降水西南多而西北少;1998年异常气旋中心位于松-嫩流域,强烈的辐合上升运动配合偏强的水汽输送,降水表现为区域性增强。观测与数值试验结果表明两类El Nino事件中黑潮及其延伸区异常海温的差异是形成东亚沿岸异常环流位置偏移的主要原因:(1)受2009/2010年中部型El Nino的异常下沉气流比1997/1998年偏北的影响,前者异常暖海温位于黑潮延伸区,后者位于黑潮区;(2)2010年夏季黑潮延伸区的异常暖海温通过加强Rossby波活动使得东亚高空西风急流北进东扩至日本以北,1998年黑潮区暖延伸区冷的海温分布使得急流偏南、偏弱,对应急流南北两侧的异常反气旋、气旋也随之偏北,东北亚阻塞随之偏北偏东。

黑潮延伸体区跨等密度面湍流混合的次季节变化

海洋中的跨等密度面湍流混合对于热量和淡水输送、翻转环流以及全球气候变化都有重要影响,理解跨等密度面湍流混合的变化对于改进气候模式模拟和预测大尺度海洋环流的能力具有重要作用。基于细尺度参数化方法,本文利用黑潮延伸体区的一个长期潜标K7观测,对跨等密度面湍流混合的次季节变化进行了分析。结果表明,在2004年6~9月, 300~1 350 m的耗散率存在明显的逐月变化, 8月份的平均耗散率为2.7×10^(-9)m^(2)/s^(3),约为其他月份的2~3倍。跨等密度面湍流混合的这一显著的次季节变化与由风生近惯性内波引起的近惯性剪切的次季节变化密切相关。特别地,在8月中旬,局地风尽管较弱但生成了较强的近惯性内波,在负地转涡度促进下,近惯性内波向下穿透可达1 300 m。能量收支分析显示, 8月总的风生近惯性能量是1.7×10^(3)W/m^(2),其中71%能够进入深海,为跨等密度面湍流耗散提供了52%的能量。该研究为风生近惯性内波在调制深海跨等密度面湍流混合低频变化中的重要作用提供了一个直接依据。