不同涡旋在黑潮与中国近海水交换过程中的角色研究

The Kuroshio flows through the continental shelf water accompanied by a large number of eddies which is one of the important mechanisms of the impact of the water exchange between Kuroshio and the East China Sea. Studying the role of eddy in the water exchange between the Kuroshio and the shelf water is conducive to understanding the mechanism of long-term evolution of physical environment and ecosystem better especially in China Sea. Based on the validated result from ROMS(Regional Ocean Model System, which is a three-dimensional ocean circulation model),The SMM (Spectral Mixture Model, which is developed from spectral clustering method) is adapted to determine the water exchange intensity between the Kuroshio and the shelf water on the East China Sea in this study. Okubo-Weiss method is used to analyses the space-time distribution of eddies on the water exchange zone between Kuroshio and East China Sea shelf water. The role of different eddies, which include the local stabile eddy and the frontal eddy, in the water exchange process between the Kuroshio and the East China Sea will be quantitatively investigated.The study of this project will construct the theory frame of the water exchange between the Kuroshio and shelf Sea and perfect the physical environmental evolution theory system of the East China Sea.

黑潮在流经东中国海海域时，与陆架水交界处伴随着大量涡旋的生成和消散过程，这些涡旋是影响黑潮水与东中国海陆架水交换的重要机制之一。研究涡旋在黑潮水与东中国海陆架水交换中的作用，有利于加深对我国近海物理环境和生态系统长期演变机制的认识。本项目通过发展基于谱聚类方法的谱混合模型水团分析方法，结合经过观测资料验证的ROMS（Regional Ocean Model System）数值模型结果，定量研究黑潮与东中国海陆架水交换强度的时空变化；同时使用Okubo-Weiss方法分析黑潮与东中国海陆架水交换区域内涡旋随时间和空间的分布和运动规律，并定量探讨涡旋在黑潮水与东中国海陆架水交换中的作用、区分东海黑潮左侧的局地性稳定涡旋和锋面涡旋在水交换过程中分别扮演的角色。本项目研究将为西边界流与陆架海的水交换研究提供相关的理论框架，为进一步认识东中国海物理环境演变提供知识积累。

本项目利用三维的海洋环流数值模型ROMS (Regional Ocean model System) 对东中国海海域的黑潮流系系统（东中国海黑潮流系）的季节变化与年际变化进行了模拟和研究。数值模型积分时间自1991年到2008年。东海黑潮流系的变化规律被自西向东划分为三段分别进行了讨论。本论文给出了东海黑潮流系穿越东海大陆架200米等深线的体积通量以及其变化规律，并使用最新的经过质量验证的31个剖面Argo浮标轨迹对此体积通量结果的年平均状态进行了验证。从月平均结果上来看，此向岸的体积通量于夏季减到最小，为0.4796 Sv (1 Sv≡106 m3 s-1)；于冬季达到最大值，为1.69 Sv。通过对长时间模型模拟结果的时间序列分析，本文揭示了黑潮于台湾岛东部的通量的季节变化幅度，在2000年之后相对于2000年之前呈现出变化减弱的现象。对研究水交换与混合的新的研究方法：谱混合模型（Spectral Mixture Model）进行了全面的参数优化，并使用谱混合模型定义了东海黑潮流系与东中国海大陆架水的交换区，研究了其变化规律。该交换区的变化与上述东海黑潮流系穿越东中国海大陆架200米等深线的向岸体积通量的变化呈现出 -0.78 的显著的负相关关系，确定了东海黑潮主轴摆动在黑潮与东中国海水交换中的主导作用。在此基础上，使用Okubo-Weiss方法分别对穿越东海200米等深线水体积通量异常高和异常低年份中流场和不同类型涡旋（气旋涡与反气旋涡）的分布变化情况进行分析，并对所出现涡旋的个数和生命周期进行了统计，定量探讨涡旋在黑潮水与东中国海陆架水交换中的作用。研究还结合数值模型与数据分析方法首次分段讨论了黑潮主轴的稳定性问题、以及指出来自太平洋的季节内信号可以穿越黑潮主轴进入东中国海海域。该项工作完善和丰富了水交换研究方法的理论框架，且基于本研究结果发表相关科技论文12篇。