台湾以东水体北上输送途径及变化机制研究

The westward moving meso-scale eddies originated in Pacific modulate the route and transport of Kuroshio east of Taiwan Island (TI), then influence the variation of intrusion pattern of the Kuroshio onto the East China Sea (ECS) continental shelf at northeast area of TI, and finally bring about the crossing ECS shelf onshore transport of the Kuroshio via subsurface water upwelling and meso-scale/frontal eddies. Taking this as research main line, guided by the finite amplitude solutions of the rotating stratified fluid, based on the analysis on multi-source observations, and by means of data mining, remote sensing retrieval, theoretical derivation and numerical simulation, the study of this project is focused on the distribution and temporal-spatial evolving regulation of marine water masses around the eastern and northeastern areas of TI, the key controlling factors in the influence mechanism on the Kuroshio east to TI by westward moving eddies, the dynamic processes of the generation of eddies induced by the Kuroshio northeast to TI, and the role of these eddies in the onshore transport of the Kuroshio. Efforts will be made to establish a more accurate and complete eddy model that could be embedded into numerical model based on data analysis and theoretical derivation, to carry out numerical experiments targeted in the effect of eddies on the Kuroshio onshore transport, and to produce breakthroughs on two major scientific questions, that is, “the modulation effect of westward moving meso-scale eddies from Pacific on the Kuroshio east to TI” and “the upwelling dynamics of the Kuroshio subsurface water in the shelf break zone northeast to TI”.

本申请项目立足“台湾以东水体北向输运过程中的途径与变化”这一关键科学问题，以“大洋西传中尺度涡调制台湾以东黑潮路径和流量、进而影响台湾东北黑潮入侵东海陆架的形态变化、并最终通过次表层水涌升和中尺度涡/锋面涡实现黑潮跨越东海陆架的向岸输送”为研究主线，以旋转层结流体的有限振幅解为基础，以多源观测资料分析为切入点，通过数据挖掘、遥感反演、理论推导和数值模拟等手段，研究台湾以东及东北海域的海洋水团分布及其时空演变规律，确定大洋西传中尺度涡对台湾以东黑潮影响机制中的主控因素，给出台湾东北黑潮诱发涡旋的动力学过程，定量评估上述涡旋在黑潮向岸输送过程中的作用。重点突破“大洋西传中尺度涡对台湾以东黑潮的调制作用”和“台湾东北陆架坡折处黑潮次表层水涌升的动力机制”这两个科学问题，在数据分析和理论推导的基础上，构建更为完善的涡旋模型并嵌入到数值模式中，针对涡旋在黑潮向陆架输送过程中的作用开展数值实验。

本项目通过数据挖掘、遥感反演、理论推导和数值模拟等手段，围绕“台湾以东水体北向输运过程中的途径与变化”这一关键科学问题，在“台湾以东黑潮主流系水团分布的时空变化规律”和“台湾以东及台湾东北海域的流涡相互作用”这两方面取得了进展，并更加明确了大洋西传中尺度涡对台湾以东黑潮的调制作用。. 本项目的研究工作可归纳为以下内容：① 在海洋动力过程关键参数的延时获取和长期积累方面，台湾东北海洋动力学潜标系统顺利部署、定期运维并形成连续观测能力。② 在针对多源历史海洋动力过程关键参数的数据分析技术应用方面，基于聚类的相似系数法分析台湾以东典型水团的垂向分布及其时间变化机制。③ 在海洋动力环境短期预报方面，使用人工智能网络处理卫星高度计大数据（主要为海表高度异常SLA），对局地流-涡结构（吕宋海峡和台湾以东等黑潮与中尺度涡频发区域）的典型特征进行重现并对短期预报结果进行定量评估。. 项目执行期内取得的亮点研究成果包括：. 第一，台湾以东黑潮主流系及其临近海域水团分析。基于气候态月平均温、盐度资料和海面风数据，利用相似系数法，较系统地研究了台湾以东海域北太平洋热带水（NPTW）和中层水（NPIW）的分布范围、厚度、体积及温盐特性等参量的基本特征和季节变化，并探讨了这两个水团的季节变异机制。. 第二，台湾以东黑潮与西传中尺度涡相互作用研究。流-涡相互作用改变了（或加剧了）涡旋本身的各向异性特征，且台湾以东黑潮对不同极性中尺度涡的调制作用机制是不同的。通过计算流-涡相互作用期间的能量收支，我们发现反气旋涡和黑潮之间的总动能（KE）转换是由正压不稳定性主导的；而气旋涡和黑潮之间的KE则是正压和斜压共同作用的结果。. 受项目资助共发表研究性论文14篇，其中SCI检索论文9篇、中文核心论文5篇；另有1篇论文已接收、2篇论文正在审稿中。