南海北部罗斯贝波特性分析及形成机制研究

Understanding the characteristics of Rossby waves is crucial to ocean dynamics studies in the northern South China Sea. We find that the propagation speed of the observed Rossby waves is much faster than that estimated from the standard free linear Rossby wave theory. This has not been explained clearly in the region. We will investigate the underlying mechanisms using satellite altimeter data, free and forced Rossby wave theory, reduced gravity model and 3-D ocean circulation model (ATOP, Advanced Taiwan Ocean Prediction system). The effects of wind and thermal forcing at sea surface, Kuroshio intrusion, background flow, and topography on Rossby wave formation and propagation will be investigated. The conduct of the project will shed a light on better understanding of multi-scale circulation in the northern South China Sea in reponse to atmospheric forcings and Pacific intrusions.

南海北部海洋动力过程研究离不开对南海罗斯贝波形成和传播特性的理解。我们发现在南海北部吕宋海峡以西海域，罗斯贝波的传播速度远高于线性自由罗斯贝波理论估计值，但目前对南海存在的这一现象还缺乏科学解释。本项目拟结合卫星高度计资料、自由和受迫罗斯贝波理论、约化重力模式和ATOP(Advanced Taiwan Ocean Prediction system)三维数值模拟，系统的研究南海北部罗斯贝波的组成、传播过程，从而阐明其形成机制，探索风应力强迫、热力强迫、黑潮入侵、基本流场、地形等对罗斯贝波的影响。通过这一项目实施，将为明确南海北部海域多尺度环流对大气强迫和太平洋信号的响应提供科学支撑。

南海罗斯贝波的形成和传播对南海北部海洋动力过程有重要影响。我们发现在南海北部罗斯贝波的传播速度远高于线性自由罗斯贝波理论估计值。为了解释这一现象，我们基于卫星遥感观测资料（AVISO）、自动剖面浮标资料（ARGO）结合海洋数值模式（ATOP）和约化重力模式进行模拟和分析，发现罗斯贝波传播速度加快主要是由于受到了南海上空风应力旋度和黑潮通过吕宋海峡入侵的季节性调制影响。研究发现如果没有黑潮入侵强度的季节性变化，南海北部罗斯贝波传播速度将进一步加快。研究还发现，南海温跃层深度要比邻近的西北太平洋要浅约100m，而第一斜压罗斯贝波传播速度受到海洋温跃层深度的直接影响。为了解释这一现象，我们从北太平洋的约化重力模式出发，推导出了南海温跃层厚度的理论解，与观测基本一致。研究表明，北太平洋大尺度风场和西边界流的存在，决定了南海东边界温跃层深度比西北太平洋减少了约80m，而南海局地风场自东向西进一步减了温跃层深度约20m。本项目的研究结果进一步明确了南海北部海域大尺度和中尺度运动对大气强迫和太平洋信号的过程和机理，为进一步理解南海多尺度环流提供了新的科学支撑。