南海西边界流的形成与变异机理

Being the swiftest current in the South China Sea (SCS), the western boundary current is the key element to the dynamic framework of the SCS. To advance the understanding of the SCS general circulation, this project will further develop the SCS circulation modeling system and produce a hindcast of the SCS circulation and hydrography by utilizing the versatile data assimilation research testbed (DART) toolkit. Combining the model simulations and historical data, three-dimensional structures of the western boundary current will be quantitatively described. Formation and variability of the western boundary current in relation to internal dynamic adjustment and lateral boundary exchanges will be examined. The energy budget and particularly energy transport, conversion and dissipation in the western boundary region will be calculated to study the interaction among the western boundary current,mesoscale eddies and topography as well as the impact of the western boundary current on the transformation of the SCS intermediate and deep waters.

南海西边界流是搭建整个南海环流动力框架的关键，对其研究将有助于南海的海事活动和科考计划的顺利开展。本项目为了完善南海环流的动力框架，将进一步发展南海环流数值模拟系统，实现对南海西北部环流较真实的后报。结合模式结果和历史数据，定量给出南海西边界流的三维结构、流量分布和随时间变化的特征 。分析能量在南海的集聚、转化与耗散，探讨南海内部动力限制及与外海的交换对西边界流的形成与变异的调控，以明确南海西边界流的动力学定义。研究西边界流，中尺度涡及地形之间的相互作用，揭示西边界流区对南海中、深层水生成过程的影响。

南海西边界流做为南海里最强盛的海流,其影响能扩展到整个南海海盆，从而它是搭建整个南海环流动力框架的关键。同时南海西边界流是太平洋至印度洋贯穿流的一个重要分支，对南海内部及邻近海域的能量、热量、物质输送与收支起到重要作用。本项目包括三方面主要研究内容：（1）南海西边界流的结构及演变规律；（2）西边界流在南海的形成与变异机理；（3）南海西边界流、中尺度涡与地形之间的相互作用。通过本项目的工作，我们建立了一个南海层化模式和一个跨西太-中国海-印度洋的三维模式，并利用后者生成了一套1990至2016共27年的实时模拟结果。根据观测资料和带同化的再分析产品，我们的研究明确指出了南海西北部沿岸流与西边界流间的动力差异，从而以动力学的角度给出了南海西边界流的定义；量化了南海西边界流的时空特征，展示了海盆尺度风应力旋度对上层西边界流年际变化及吕宋与卡里曼丹间的压差对南海贯穿流年代际变异的主导调控作用。我们的研究揭示了南海中垂向水交换对水平环流的调控机理：垂向水交换所产生涡管的伸缩效应通过改变水层厚度来调整压强梯度力，进一步影响各层环流的形态和强度；我们还给出产生底层气旋式环流所需的由深层上行的净通量阈值。涡旋对南海环流及其西边界流的作用是多重的。我们在南沙和西沙附近的潜标观测数据中首次发现了南海中持续存在周期为9-14天的地形罗斯贝波，其流速可达10 cm/s，并提出由中尺度涡激发南海深层地形罗斯贝波的可能机制。我们还利用模式实验探讨了涡旋碰撞海山的过程，并利用敏感性试验给出产生涡旋裂变所对应的背景参数。这些结果有助于我们建立对南海西边界流及南海环流系统完整的动力认识，也丰富了边缘海的环流理论。