基于卫星高度计的南极绕极流季节与年际变异研究

南极绕极流连接了世界三大洋（印度洋、太平洋和大西洋），是全球海洋物质和能量交换的主要通道，同时绕极流所在的南大洋是海洋中最大的碳汇区，因此绕极流在全球海洋和大气系统中扮演着至关重要的角色，研究其变异规律对进一步研究全球气候变化具有重要意义。由于南大洋海况十分恶劣，水文观测资料非常稀少，目前关于绕极流变异的研究不多。受方法限制，已有研究往往对绕极流采取纬向平均的做法，忽略了其纬向不对称结构。目前关于绕极流最基本的季节与年际变异规律都没有明确的结论，而且绕极流变异和西风带及ENSO循环之间的关系也不清楚。卫星遥感的发展为我们研究海洋环流提供了大范围高时空分辨率的观测资料。本项目拟采用最新的卫星高度计绝对动力地形数据和一种新的流函数空间投影方法来研究绕极流的季节与年际变异规律，探讨其与西风带及ENSO循环的关系，并利用数值模式诊断绕极流和西风带之间的相互作用机制。

南极绕极流在全球海洋和大气系统中扮演着至关重要的角色，但由于水文观测资料稀少，目前关于绕极流变异的研究不多。受方法限制，已有研究往往对绕极流采取纬向平均的做法，忽略了其纬向不对称结构。卫星遥感的发展为研究海洋环流提供了大范围高时空分辨率的观测资料。本项目采用最新的卫星高度计绝对动力地形数据和一种新的流函数空间投影方法揭示了绕极流的季节与年际变异规律，探讨了其与西风变化的关系及作用机理。. 流函数坐标投影方法能够把绕极流从副热带和副极地环流中分离出来，考虑了其纬向不对称性。研究表明绕极流强度具有很强的年际变化，其在2000 和2009 年前后增强。这种年际信号主要出现在印度洋和太平洋扇区，而最强信号位于澳大利亚以南。西风在1998 和2008 年的增强通过斜压动力过程导致了绕极流在2000 和2009 年前后的增强。另外，绕极流的速度结构也具有明显的空间变化和季节与年际变化，速度急流不对应于稳定的流函数值。在绕极尺度上，绕极流呈现出由地形导致的瞬变不连续模态，急流轴在向东的过程中逐渐跨越流线南移，这种跨流线的涡通量使得宽阔的绕极流中形成了多支狭窄急流。在此基础上本研究厘清了绕极流速度结构、流函数和锋面之间的关系。. 鉴于南大洋水文观测数据匮乏，本研究建立了基于卫星高度计海面高度的地转经验模态（HGEM）方法，可利用卫星高度计大范围连续测量可靠地反演南大洋的水文和速度结构,具有广阔的应用前景。以此为基础分析了南大洋热含量年际变化与海面高度变化之间的关系。此外，本项目还研究了南极中层水的中尺度跨锋面潜沉现象，分析表明该现象是由锋面波传播导致的，提出了南极中层水潜沉的一种新机制。