浙江近海次中尺度扰动锋波的三维演变及其形成机制

Frontal waves are ubiquitous along the edge of strong currents and frontal zones in the coastal area. They enhance cross-front water exchange between the distinct water masses on either side of the front and are, therefore, an important mechanism for the material transport in shelf seas. The satellite images show that the significant cross-shelf penetration fronts which developed by submesoscale frontal waves are common near the front zone of Zhejiang offshore, and are the main channel of coastal water masses to participate in the cross-shelf exchange process. Due to lacking effective technical means, the observational cognition of evolution feature is unclear and therefore hinders our study on its dynamic mechanism. This project will combine the surface information monitored by geostationary satellite with the profile information collected by cross-front towed voyage investigation to study the three-dimensional evolution process of submesoscale frontal waves in the Zhejiang offshore. On this basis, a very high-resolution regional ocean model will be established to simulate the evolution process of submesoscale frontal waves. And then a sensitivity test will be designed and conduct to explore the related formation mechanism, to understand the role of surface wind, surface heat flux, tidal current and flow shear in the evolution process. The study of the evolution process of submesoscale frontal waves in the Zhejiang offshore will have a very important scientific and practical significance for a series of problems such as cross-shelf water exchange, pollutant diffusion, carbon particle transport and ecological environmental protection in the offshore of China.

锋面波动是普遍存在于环流边缘或近海锋面附近的一种次中-中尺度的动力现象，它能够直接驱使锋面两侧水团进行水体交换，因此是陆架区物质输运的一个重要机制。卫星资料显示浙江近海锋区附近普遍存在由次中尺度扰动锋波发育起来的大尺度跨陆架穿刺锋，是近岸水团参与跨陆架水体交换的主要通道，但是由于缺乏有效的技术手段，对于其演变特征的观测认知尚不清晰，也阻碍了对于其动力机制的研究。本项目将结合静止轨道卫星的大面观测和跨锋面断面拖曳式走航的剖面观测，对浙江近海的次中尺度扰动锋波演变特征进行立体观测。在此基础上，建立甚高分辨率的区域海洋模型，实现对锋波演变过程的数值模拟，并通过设计敏感性试验，探讨其形成机制，研究风场、热通量、潮流以及流场剪切等因素对锋波演变过程的影响。对浙江近海锋面波动现象的深入研究对于我国近海的跨陆架水体交换、污染物扩散、碳颗粒输运、生态环境保护等一系列问题都有着非常重要的科学和实践意义。

锋面波动是普遍存在近海锋面附近的一种次中-中尺度的动力现象，它可驱使锋面两侧水团进行水体交换，因此是陆架区物质输运的一个重要机制。对浙江近海锋面及波动现象的深入研究对于我国近海的跨陆架水体交换、污染物扩散、碳颗粒输运、生态环境保护等一系列问题都有着非常重要的科学和实践意义。.本项目结合现场观测及卫星数据对静轨卫星Himawari-8的SST产品在渤黄东海的可用性进行了对比评估；进而基于静轨卫星数据对浙江沿岸浊度锋和温度锋的时空结构及影响因素进行了研究；还研究了导致舟山邻近海域夏季出现温度锋的上升流系统的空间结构及时间变化；最后从静轨卫星的连续无云影像提取并分析了浙江沿岸锋区附近的高分辨率海表流场，并对锋面附近的浊度变化进行了研究。.对浙江沿岸锋面的研究结果表明浊度锋终年存在，位于近海60米等深线以内海域，其季节变化可归因于风力和风相关过程的变化，年际变化则主要受厄尔尼诺‐南方涛动的调节。温度锋有着明显的季节变化特征，11-12月出现并增强，1-2月达到顶峰，2-3月逐渐消失。冬季的温度锋是沿岸水团与台湾暖流的交界面，夏季的温度锋则是沿岸上升流导致的。上述发现为研究东海近海海洋污染物输送、沉积动力学、渔业和更广泛的生态过程的研究提供有用的信息。对舟山上升流的统计结果表明舟山上升流系统是由多个独立涌升的上升流区域组成，中心点主要聚集在四个区域。除此之外，还发现舟山上升流存在准24小时的变化周期。该发现完善了我们对于舟山上升流多尺度时空特征分析的认知，有望为未来的海洋牧场和人工上升流增汇选址提供观测依据。基于GOCI TSS提取出来的海表流场表现出良好的可靠性，基于此计算出的多年流场合集以及气候态和季节态流场直观展现了东海环流的空间结构和季节变化，诊断分析表明以潮汐混合为主的垂向输运主导了浙江沿岸锋区的表层TSS 变化。该成果为当地海洋动力学研究提供数据资料支撑，同时也证明了地球静止卫星在近岸高浊度水域的短周期表层流场反演的可靠性。