南海西北陆架垂向环流动力诊断及其季节变化

The vertical circulation is an essential component of the ocean circulation system. In particular, in the continental shelf seas, where high bio-productivity and active air-sea-land interaction occurs, the vertical circulation serves as a key carrier of vertical transport of mass and energy. The northwestern shelf of the South China Sea (SCS) is an important water area for ocean fishing industries and naval operations, where active mesoscale and sub-mesoscale processes such as upwelling/downwelling, fronts, and eddies occur. The 3-D vertical circulation effected by monsoon, tides and bottom topography in this shelf water needs to be revealed. .In this project, we plan to conduct fine-scale mapping and mooring observations of temperature, salinity, horizontal velocities and turbulent microstructures on the northwestern shelf of the SCS. Using the mixing-forced and time-dependent Omega equation and the planed and historical observations, we will derive the 3-D vertical velocities and reveal the spatial and seasonal variability of the vertical circulation in the study area. Using the diagnosis method of the Omega equation, we will quantify the contribution of the geostrophic, ageostrophic and turbulent mixing processes to the vertical circulation, examine the effects of the monsoon wind, the tidal currents and the bottom topography, and finally reveal the control mechanism of the vertical circulation in the study area. The research results of the project will help the study of the biogeochemical processes and the improvement of numerical simulation and forecasts in the study area.

垂向环流是海洋环流的重要组成部分。在陆架海区，垂向环流是该海域强海-陆-气相互作用和高初级生产力的关键因子。南海西北陆架是我国重要的军事要塞和海洋渔业基地。该海域升降流、锋面和涡旋等动力过程活跃，垂向环流强盛。在季风、潮流及海底地形等因素影响下，其三维垂向环流特征及机制有待研究。.本课题拟在南海西北陆架海区开展冬夏两季的温盐、水平流场和湍流微结构的细网格断面观测和定点连续观测，结合已有观测数据，采用混合强迫和时间变化的Omega方程，计算获取研究区垂向流速，阐明垂向环流的三维空间结构及其季节变化特征，量化地转、非地转以及湍流混合等过程对垂向环流的贡献，分析季风风场、潮流变化、地形边界条件等对垂向环流的影响，揭示南海西北陆架垂向环流的调控机制，为探究陆架海生物地球化学过程、提高数值模拟与预报精度奠定基础。

垂向环流是陆架海海陆气相互作用和高初级生产力的关键因子。南海西北陆架是我国重要的军事要塞和海洋渔业基地，量化该海域垂向环流时空特征具有重要的科学意义和应用价值。该项目以观测和动力诊断为基础，结合卫星遥感和数值模拟，阐明南海西北陆架海垂向流速结构和季节变化特征，揭示地转、非地砖及湍流混合过程以及风场、内波和地形等对垂向环流的影响和调控机制。.项目收集了研究区的历史现场观测数据和卫星遥感资料，组织实施了4次断面观测和连续站观测，获取了研究区不同季节的温盐、水平流速、湍流混合以及营养盐、叶绿素等参量，并开展了数值模拟研究。 .结果显示，粤西和琼东冬夏两季沿陆架和跨陆架水平流速不同；粤西陆架温盐锋面冬季最强、秋季最弱，近岸锋面强度随深度减弱，外海则增强；风应力旋度和沿岸风是影响海表温度锋的主要因素。Omega方程、定点连续诊断和eSQG等动力诊断方法在南海具有一定适用性，分辨率对垂向流速分布特征影响不大。观测和动力诊断显示研究区垂向流速大多在O（10-5 m/s）量级，其强弱和结构与锋面密切相关，锋面内部为下降流，外侧为上升流，夏季陆架垂向流速普遍强于冬季；非地转动力变形、平流以及波动等密线起伏等非地转过程是垂向流速的主要控制机制。稳定性分析显示，粤西陆架峰面还存在对称不稳定，海底摩擦可引起剪切不稳定。定点连续诊断方法应用给出了垂向流速剖面的时间变化，揭示台风可提高垂向流速2个量级，并以上升流为主；涡旋过程上层垂向流速主要受地转作用项控制，暖涡前沿为下降流，后侧则为上升流。研究还给出了潮流及内潮能通量跨陆架变化，揭示垂向平流输送通量远大于混合扩散通量。数值模拟也进一步揭示波浪混合对琼西潮致上升流的增强作用以及潮波传播辐聚辐散对垂向运动的影响。此外，研究给出了粤西和琼东近海区垂向流速营养盐等物质输送量，揭示了陆架海叶绿素变化对动力机制，为探究陆架海生物地球化学过程、提高数值模拟精度等奠定了基础。