东海黑潮多时空尺度变化规律及其在陆架水交换过程中的作用研究

Based on integrated methods, including in-situ observation, historical observation data analysis, theoretical derivation of dynamics and high-resolution ocean circulation numerical modeling, this project aims to reveal the multiple temporal-spatial scales variations of the East China Sea (ECS) Kuroshio and their roles in the water exchange between the Kuroshio and ECS shelf (hereinafter referred to as water exchange). This project intends to, 1) reveal the structural features of the Kuroshio main axis and its multiple temporal-spatial scales variations, the variation and its dynamical mechanism of the Kuroshio path, and the interannual variation of the volume transport of the Kuroshio mainstream in the ECS; 2) illustrate the dynamical mechanism of the interaction between the Kuroshio and mesoscale processes, estimate the role of mesoscale processes in the water exchange, and reveal the variation and its mechanism of the water exchange processes; 3) quantize the two-way volume transport of water exchange reasonably, illustrate the temporal-spatial variations of the two-way volume transport, and provide scientific support for the improvement of predictability of the marine environment change. The implementation of this project will not only expand new research space for the insight of both the temporal-spatial variation of the water exchange and the dynamics of its evolution, but also lay a firm theoretical foundation for the research of the interaction of different ocean dynamic processes and the accurate estimation of the volume transport of the water exchange between the open ocean and marginal sea.

本申请项目旨在通过现场观测试验、历史观测资料分析、动力学理论推导和高分辨率环流数值模拟等多种方法相结合的手段，揭示东海黑潮多时空尺度变化规律在黑潮与东海陆架水交换过程中所起到的作用。主要研究目标包括：1）揭示黑潮主轴结构特征和多时空尺度变化规律、黑潮路径变异特征和动力机制、黑潮主流系通量变化的年际特征；2）阐明黑潮与中尺度过程相互作用的动力机制，厘清中尺度动力过程对黑潮与东海陆架水交换过程的影响程度，掌握黑潮与东海陆架水交换过程和通量的变异机制；3）合理量化黑潮与东海陆架间水交换的双向输运量，阐明其时空变化特征和变异规律，为提高海洋环境变化的预测能力提供科学支撑。本项目的开展不仅为深入了解黑潮与东海陆架水交换特征与时空演变动力学开拓新的研究空间，而且为发展不同尺度海洋动力过程间的相互作用、大洋与近海水交换通量准确估算等研究打下强有力的理论基础。

本项目通过实施长期连续的现场潜标观测和收集历史资料，建立了东海黑潮流域的数据集，并构建了中国近海高分辨率环流数值模式；利用统计分析、动力学理论推导和数模敏感性试验等多种方法相结合的手段，深入研究了东海黑潮的多时空尺度变化规律、跨陆架的水交换过程和通量。取得的主要创新成果包括：.1）给出了台湾以东黑潮在天气和年际时间尺度上的变化规律和动力机制；统计了东海黑潮区域内的能量源汇收支和跨尺度传递特征，阐明了能量的主要产生机理和再分配过程。.2）提出了台湾东北处黑潮通过次表层陆坡逆流入侵东海陆架的新路径；给出了底层黑潮入侵分支流的流幅和强度的定义，并完善了其路径、强度和起源等特征和变化机制的认知。.3）结合潜标现场观测和多源历史资料，揭示了东海黑潮流域的近惯性震荡、涡旋和锋面等动力过程的时空分布特征及其在跨陆架水交换中的作用；并重点阐明了中尺度涡旋与黑潮的相互作用过程，以及涡旋调控黑潮强度和结构的动力学机制。.4）基于项目构建的中国近海海洋数值模式，研发了全新的被动示踪方法，定量估算了东海跨陆架黑潮水与陆架水的交换通量及其季节变化特征，并通过敏感性试验阐述了外强迫和潮汐对双向水交换通量的影响程度和机制。.本项目的实施带动了东海黑潮流域内中、小尺度动力过程及其引起的跨陆架物质和能量输送的研究，研究成果显著提升了对东海跨陆架水交换过程的认知水平和水交换双向通量的准确度，并进一步深化了黑潮对中国近海动力环境调控作用的科学认知，也将为海洋环境变化的可预测性研究提供强有力的科学支撑。