东海中尺度涡和长江冲淡水低盐水团的相互关系

The mesoscale eddies in the East China Sea (ECS) and the low-salinity water lenses (LSWLes) of the Changjiang Diluted Water (CDW) are both important mesoscale phenomena in China offshore. Many mesoscale eddies always appear in the sea areas northeast of the Changjiang estuary and nearby the Cheju Island, where LSWLes have also been observed many times. The activity area of mesoscale eddies is nearly overlapping or very close to that of LWSLes. However, study on the correlation between the mesoscale eddies and LSWLes is very insufficient. According to the numerical simulations’ characteristic of the mesoscale phenomena in estuary, coast and shelf sea, the project applicant proposed a new vertical coordinates in her early research, which used different vertical coordinates for ocean current, temperature and salinity, namely σ coordinate for current and σ-z coordinate for temperature and salinity. The new vertical coordinates have been used in POM to make POM-σ-z model. Their applications showed that POM-σ-z was better than POM in the simulation of LSWLes. In this project, the ocean model with different generalized vertical coordinates for ocean current, temperature and salinity (namely POM-dgv) will be further studied. Then, either the formation and evolution of actual LSWLes and the mesoscale eddies will be simulated with POM-dgv. Based on the observation data and satellite remote sensing data, study will be done by using numerical simulation and theoretic analysis method to discover the characteristic and dynamic mechanism of the mesoscale eddies in ECS and LSWLes of CDW. Especially, the correlation between the mesoscale eddies and LSWLes on their formation and evolution will be taken as the key research.

东海中尺度涡和长江冲淡水低盐水团是我国近海重要的中尺度现象。长江口外东北和济州岛附近海域存在活跃的中尺度涡，也多次观测到低盐水团，两者活动区域重叠或者非常接近。但是，对于两者在形成演变特征上的联系及其相互作用机制，目前还缺乏研究。 申请人针对河口海岸-陆架海中尺度现象数值模拟的特点，前期在POM模式中引入流场σ坐标、海温盐度σ-z坐标的流和温盐垂向异构坐标，显著提高了长江冲淡水低盐水团数值模拟效果，本项目进一步发展广义流和温盐垂向异构坐标海洋模式（POM-dgv），数值模拟实际低盐水团和中尺度涡的形成演变过程。结合现场观测资料、卫星遥感资料、数值模拟和理论分析，进一步认识东海中尺度涡和长江冲淡水低盐水团的特征及其动力机制，尤其是认识两者在形成演变特征上的联系及其相互作用机制。

低盐水团、江苏沿海冷水块、东海冷涡是长江冲淡水扩展区及邻近区的重要中尺度现象，其研究有重要理论和应用价值。本项目采用现场观测和AVHRR遥感资料分析了江苏沿海冷水块的特征。近35年（1982-2016）存在146个月平均冷水块，它们的平均半径为81 km、平均强度为0.6 °C，与沿岸平均温差为2.0 °C；在5-9月有66%的天数出现冷水块，其它月份有17%的天数出现冷水块。大多数冷水块发生在南风期间，南风较强时段的冷水块强度一般也更大，还有一些冷水块发生北风期间；5-9月的大潮期间冷水块平均强度略大于小潮期间，其它月两者差别不大。本文还采用SODA资料分析了东海冷涡特征，利用观测资料分析长江冲淡水扩展特征，并讨论了其径流量丰平枯水年划分问题。提出了广义流和温盐垂向异构坐标，即流场采用σ坐标、温盐采用广义变换的垂向坐标，基于该坐标将POM模式发展为POMdgv模式。通过理论分析指出，σ坐标斜压梯度力计算误差来源于密度层结非线性变化和密度误差，不受线性密度层结影响；对于目前广泛应用的扣除平均密度层结方法，通过理论分析和数值模拟讨论了多种密度插值方案对斜压梯度力计算的影响，提出了更优的方案。提出了混合高阶Lagrangian插值和样条插值的Eulerian-Lagrangian方法（ELM方法），通过数值模拟分析它们的特征，并且指出目前大气海洋数值模式中广泛采用的3阶Lagrangian插值和3次样条插值ELM方法在长时间尺度数值模拟中的失效性。利用数值模拟和卫星遥感资料分析了夏季低盐水团、江苏沿海冷水块、东海冷涡的相互关系，结果表明：低盐水团和江苏沿海冷水块的演变有密切联系，低盐水团向江苏沿海移动和发展加强的过程对应冷水块加强的过程；低盐水团和东海冷涡尚未发现很明确的对应关系。进一步的动力机制分析表明：低盐水团和江苏沿海冷水块的演变主要受风场和天文潮影响，南风加强是联系两者的主要机制。