南海海洋中尺度涡对局地环流和天气系统的影响

In recent years, the ocean mesoscale eddies with a scale of tens to hundreds km are widely recognized and drawing increasing concerns in the oceanography. Ocean mesoscale eddies are the “weather” of the ocean, with the anomalies of the sea surface temperature up to 5℃. It has been found that the South China Sea is one of the most active regions for the ocean mesoscale eddies. However, the effects of the ocean mesoscale eddies over the South China Sea (SCS) on the local atmospheric circulations and weather systems are important but still remain unknown.. This proposal is to examine the air-sea interaction processes during the ocean mesoscale eddies over the SCS and their effects on the local atmospheric circulations and weather systems, based on the weather routine observations, the satellite and radars observations, as well as the specifically observations of air-sea interaction from buoys, floats and drifters etc. over the SCS. The major proposed works are to: 1) investigate the spatial and temporal characteristics of the ocean mesoscale eddies over the SCS; 2) investigate the air-sea interaction processes during the ocean mesoscale eddies over the SCS; 3) obtain the detail features and mechanisms involved in the relationship between the ocean mesoscale eddies and the local atmospheric circulations and weather systems over the SCS. Through above analyses, our purpose is to provide further understanding of the processes of air-sea interaction over the SCS and improve the regional weather forecast.

近年来，海洋学的研究指出，海洋（包括南海）存在着空间尺度数十到数百km不等的中尺度涡，这些中尺度涡被称为海洋的“天气”，它可以造成高达5℃的海表温度异常。目前，关于南海中尺度涡对局地环流及天气系统的影响规律和机理还缺乏必要的了解。. 本项目利用南海观测开放航次、西沙海气观测站、南海浮标观测、南海岛屿观测以及卫星、雷达等最新海气观测资料，结合数值模拟和动力学诊断分析等手段，对南海海洋中尺度涡的海气相互作用过程及其对局地环流和天气系统的影响规律和机理进行深入的探讨。主要研究内容包括：1）南海中尺度涡时空分布特征及其生成和移动规律；2）南海中尺度涡对局地海气相互作用过程的影响；3）南海中尺度涡对局地环流和天气系统，尤其是对南海地区对流云团和热带气旋的影响规律和机理，等等。通过上述研究，目的是加深对南海地区海气相互作用过程的认识，为南海及华南地区更精细化的天气预报提供有用线索。

大气对南海海洋中尺度涡的响应规律和机理，是海气相互作用领域的前沿研究热点之一。本利用最新的高时空分辨率卫星观测及融合多种海气探测的再分析资料，结合动力学诊断和数值模拟等手段对2000-2016年间近800个南海中尺度涡的时空演变规律及其对大气的影响规律进行了系统和深入的研究。主要研究内容包括：1）南海地区中尺度涡时空分布特征及其生成和移动规律；2）南海中尺度涡对局地海气相互作用过程的影响；3）南海海洋中尺度涡对局地环流和天气系统的影响规律和机理。得到的主要结论有：1）利用最新的高时空分辨率卫星观测及融合多种海气探测的再分析资料，系统分析了南海中尺度涡的时空特征，结果表明南海中尺度涡的平均半径为104 km，平均生命周期为55天，平均海表高度异常为7.01 cm；2）利用动态合成方法揭示了大气对南海中尺度涡响应的总体规律特征，并据此定性分析大气响应的物理机制，结果表明与南海中尺度涡相关的云和降水异常约占其自然变率的4%-7%，且与SST异常变化呈显著的线性正相关关系。垂直混合机制使风速异常出现在南海中尺度涡的中心，从而在涡的顺风方向和侧风方向分别产生了散度和涡度的异常；3）揭示了大气对南海中尺度涡响应的季节变化特征，不同季节里中尺度涡时空特征的变化及海、气环境的改变产生了不同的大气响应。南海中尺度涡自身强度的季节变化最为明显，气旋式（反气旋式）涡在冬（夏）季最强；4）揭示了大气对南海中尺度涡响应的区域特征，南海北（东南）部SST梯度较大（小），中尺度涡产生了较大（小）的SST热平流异常，使得大气异常表现为平流（垂向）型特征。此外，在环境风速大且大气稳定度低的越南东南部，风速的异常主要由垂直混合机制产生，中尺度涡上垂直动量通量的改变使得风速异常出现在涡的中心；5）以南海代表性中尺度涡为例，阐明其对局地环流和天气系统产生的影响，并通过动力诊断和数值模拟定量描述了南海中尺度涡影响大气的具体特征和机理。上述研究结果，加深了对海洋中尺度涡对大气产生影响的规律和机理的认识，在海气相互作用领域有潜在的应用价值。