黑潮延伸体低频变异的能量学特征及其机理研究

We propose to investigate the energetic characteristics and underlying dynamics of the low-frequency variability of the Kuroshio Extension, which has been an important research area not only in physical oceanography, but also in other disciplines due to its broad impact on the marine ecosystem and climate change in the Northwestern Pacific. Using a newly developed localized multiscale energy formalism and canonical transfer theory, this project aims to explore the complex spatial-temporal variabilities of the low-frequency energy in the Kuroshio Extension region, and to clarify the key physical processes controlling the evolution of the low-frequency energy. By carrying out sensitive numerical experiments, we expect to unravel the relationship between the external forcing and intrinsic nonlinear mode in the Kuroshio Extension. These results will provide new insights into the dynamics and predictability of the low-frequency variability of the Kuroshio Extension.

本课题旨在研究黑潮延伸体低频变异的能量学特征及其机理。黑潮延伸体的低频变异现象不仅是物理海洋学的关键课题，还因其对西北太平洋海区生态系统和渔业、以及东亚和北太平洋气候有着重要作用而广为其他学界关注。本课题拟通过一套最新发展的局地多尺度能量循环理论和正则传输理论，揭示黑潮延伸体海域低频尺度能量的三维空间结构及时间演变特征，阐明控制该地区低频尺度能量演变的关键物理过程。通过设计真实海洋数值试验，研究外部强迫与黑潮延伸体内部非线性振荡之间的关系，以期更深入地理解黑潮延伸体低频变异的机理，为提高该海域气候预测能力提供科学基础。

黑潮延伸体的低频变异现象因其对西北太平洋海区生态系统及气候有着重要作用而广为物理海洋学界关注。本项目系统研究了黑潮延伸体低频变异的能量学特征及其动力学机理。利用一套新发展的多尺度分析工具及理论，我们发现黑潮延伸体上游发生很强的正压不稳定和斜压不稳定，为这个区域的低频变率提供能量。通过能量收支分析，我们发现上游的低频动能主要来自背景急流因正压不稳定引起的正向动能串级，而下游的低频动能则主要来自上游的平流输送，其次来自高频涡旋的逆向动能串级。其中来自平均流的正向动能串级滞后于PDO约3.5年。进一步通过数值实验，我们发现当大气风场强迫中没有年际及以上尺度的低频变率时，黑潮延伸体上游的急流（弯曲）变强（弱），正压不稳定变弱，使得来自平均流的正向动能串级变弱，从而导致这个区域的低频变率变弱。这一系列工作阐明了内外部强迫对黑潮延伸体低频变化的具体影响路径，完善了黑潮延伸体低频变异外强迫和内部动力机制的讨论，为提高该海域气候预测能力提供了科学基础。