台湾东北部中尺度涡旋对黑潮水与陆架水交换的影响

The interactions and exchange of the Kuroshio Water and Continental Shelf Water in the area northeast of Taiwan are intensive. Meanwhile, this region is with active mesoscale eddies, which are important in affecting the exchange of material and energy between the Kuroshio Water and Continental shelf water.However,the generation and evolution process of mesoscale eddies in this region remains unclear. Particularly, the following questions are still poorly understood. Whether the cold eddy northeast of Taiwan and eddies induced by Kuroshio meander influence the water exchange? How does the Kuroshio frontal eddy strengthen the water exchange and mixing intensity? Dose the frontal eddy play a dominant role in affecting the water exchange? Based on the analysis of historical data and field observations, remote sensing inversion, theoretical analysis and numerical simulation, we propose to study the structure and characteristics of mesoscale eddies in the northeast area of Taiwan, particularly focusing on the Kuroshio frontal eddy, then analyze their interaction with Kuroshio and energy transforming process during the generation process of eddies, and clarify and evaluate their contribution to the mixing and exchange process of the Kuroshio Water and Continental shelf water. This study can improve our understanding of the material and energy transport process from open ocean Kuroshio to China seas and the Kuroshio effects on near sea ecosystem transformation and prediction, thus are important both for science and practical field.

台湾东北部是黑潮水与陆架水相互作用和交换非常剧烈的区域，同时，该海域与黑潮锋面和弯曲密切相关的中尺度涡旋也非常活跃，并在黑潮水与陆架水的物质和能量交换中起重要的作用。但是，目前对该海域中尺度涡旋的生成过程和变化规律还没有完善认识，特别是对台湾东北冷涡和黑潮弯曲引起的涡旋是否影响黑潮水与陆架水的交换，黑潮锋面涡旋如何加强水交换和混合强度？在水交换过程中是否起主导作用？目前均不清楚。 因此，本研究拟基于历史资料和现场观测数据分析、遥感反演、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究台湾东北部的中尺度涡旋特别是黑潮锋面涡旋的结构特征，分析其形成过程中与黑潮的相互作用及能量传递过程，阐明和评估其在黑潮水与陆架水混合和交换过程中的作用。本研究对充分认识外海大洋通过黑潮向中国近海的物质能量输送过程,以及对近海生态系统演变的影响和预测研究，不仅在科学上而且在应用上均具有重要的意义。

黑潮沿台湾以东进入东海并沿陆架斜坡外缘向东北方向流动过程中，高温高盐（高营养盐、低氧）的黑潮（次表层）水可入侵陆架并与陆架水进行混合与交换，从而影响着东海陆架及邻近海域的环流系统和生态环境。本项目主要针对影响台湾东北部黑潮入侵和水交换过程的中尺度涡开展研究，重点研究台湾东北部中尺度涡的特征，中尺度涡旋的形成机制和演变过程，中尺度涡如何影响黑潮水交换及不同性质中尺度涡在黑潮与东海陆架水交换过程中的影响和贡献，取得了显著进展和重要结果，主要如下：. 基于资料统计分析，定量给出了台湾东北部中尺度涡的统计特征和季节变化规律，并分析了气旋涡、反气旋涡及不同性质多涡情况对黑潮入侵的影响；从理论上揭示了背景流剪切对中尺度涡旋形成机制和结构特征的影响；理论上分析阐明了中尺度涡通过影响黑潮强度和改变水平密度结构的方式影响黑潮与东海陆架的水交换过程；数值实验发现，对于反气旋式涡旋，受黑潮与地形的影响，400m以上水体不能越过黑潮达到黑潮西侧，而被阻挡在黑潮东侧，难以影响黑潮与陆架水的交换；对于气旋式涡旋，400m以上水体可以穿越黑潮到达黑潮西侧，进而在黑潮的作用下，向北运动，气旋式涡旋与黑潮碰撞过程中，改变了黑潮的空间结构与流量，使得黑潮在台湾东北处更易于向陆架入侵，从而影响黑潮与陆架水交换；气旋式涡旋有利于将大洋内区的水团输运到东海陆架；反气旋式涡旋则几乎不能将大洋内区的水团输运到东海陆架。项目共发表论文23篇，JCR1/2区论文8篇；培养出站博士后1人，毕业博士4人，硕士1人。. 本研究的成果进一步深化了大洋西边界流黑潮在台湾东北部入侵东海陆架影响因素的认识，加深了黑潮物质输入对东海陆架长江口邻近海域生态系统变动的认识，有助于提高对东海生态系统变动的预测水平，具有重要的科学意义和重要应用价值。