南海环流多层结构特征与机制的研究

The South China Sea (SCS) circulation, with multi-layer structure and complex temporal and spatial variability, is an important component of the global oceanic circulation. Being a carrier of material and heat between the SCS and adjacent waters, it is the key factor influencing ecology, environment, and climate in the SCS.Due to lack of observations, the structure, seasonal variability and mechanism of the SCS circulation in the intermediate and deep layers are still obscure. Most models show a cyclonic circulation in the upper and deep layers, and an anticyclonic circulation in the intermediate layer in the mean status and winter season. This “sandwiched circulation” structure is qualitatively attributed to the lateral potential vorticity fluxes and vortex stretching in the SCS.In this proposal, we propose to use our own regional oceanic circulation model with the SCS dynamical characteristics and validate the model with our long-term in-situ observations and shared data, so as to better simulate the boundary currents and attain reasonable multi-layer structure of the SCS circulation. Furthermore, we propose to extend our study by deriving vorticity equations in the surface and bottom layers, and quantitatively reveal the mechanism of the multi-layer structure and seasonal variability of the SCS circulation based on our model results and diagnostic experiments.

南海环流是全球海洋环流的重要组成部分，具有多层次结构和复杂的时空变化，是南海与周边海域进行物质交换和热量输送的载体，是影响南海生态、环境与气候的关键因子。由于观测资料的缺乏，迄今对南海环流，特别是中、深层环流结构与变异及形成机制的认识尚很有限。多数数值模拟结果显示，冬季和年平均态南海上层和深层环流是气旋式，中层是反气旋式的结构。目前，对南海这种“三明治”层结环流形成机制的解释基本是定性地归究于开边界涡度通量的输入、输出以及南海相应的涡管伸缩。本研究拟利用申请人研究团队建立的有南海特色的区域海洋环流数值模式，基于团队多年观测资料和共享数据，建立模拟结果的检验机制,得到合理的环流多层结构；同时，根据理论分析，将研究团队建立的涡度方程扩展到从表层至底层的完整密度层内，为研究南海层结环流奠定理论基础；在此基础上，设计诊断试验，全面揭示南海层结环流变化的规律与机制，提升对南海环流动力学的认识。

项目组完成了南海环流多层结构特征与机制研究的原有计划，研究内容比原计划有所增加，扩展到了南海周边海域，包括吕宋海峡溢流的年代际趋势、卡里马塔贯穿流季节性的振幅调制、苏门答腊─爪哇南岸海域的海表温度季节内变化过程、班达海的多层环流结构与机制等。取得的主要学术成果有：（1）建立了包括表层的多密度层内准地转流的涡度理论模型，并在印尼贯穿流的关键海区─班达海得到检验，揭示了班达海环流的多层结构与机制；（2）通过对GRACE重力卫星观测和ECCO海洋模式同化的多年海底压力资料的研究，提出了近二十年来吕宋海峡溢流以-0.43 〖Sv decade〗^(-1)的趋势减弱的证据，发现了南海深底层环流的年代际减弱趋势；（3）基于对高分辨率模式结果的分析，初步研究了南海深层环流的时空变化特征和南海垂向输运、垂直流速的分布；（4）总结归纳了南海三维环流结构的框架，分析了“三明治”环流结构和经向翻转流的机制以及水平和垂直环流之间的联系。以上研究成果共发表期刊论文8篇，都被SCI一区或二区收录，其中项目主持人作为第一作者发表6篇。