黑潮多时空尺度变化规律及其与近海交换过程研究

Under the open ocean and local forcing, the Kuroshio shows multi spatial and temporal scale variations, and reveals different patterns of the intrusion into coastal seas, which will keep control of the adjustment of the coastal circulation system. The meso-scale eddies, which is prevailing in the Kuroshio region, and can carry water so as to produce volume transport, become the important carrier of exchange between the Kuroshio and coastal seas. Research on the Kuroshio variations and its exchange with coastal sea is the import way to understand the open ocean-coastal sea interaction, and is the key scientific problem to reveal coastal ocean environment even to the local climate change, which needs further studies. Based on the existing cognitions and new discoveries, this program will focus on the multi scale variations of the Kuroshio, follow the thread of mesoscale eddy-mean flow interaction, improve refined ocean model, to study the dynamical environment and variability under the influence of the Kuroshio, illuminate the forming and developing mechanism of mesoscale eddies and its feedback to the Kuroshio, understand the role of mesoscale process induced by the Kuroshio in the water exchange through the main passages of the China coastal sea. The results will make contributions to enrich the theoretical system of open ocean-coastal sea interaction.

黑潮在大洋与局地作用的强迫下，存在多尺度时空变化规律，呈现不同形态的向近海入侵现象，控制整个近海环流系统的调整。而中尺度涡由于其在黑潮区的普遍存在，且可携带水体产生输运，成为黑潮与近海交换的重要载体。研究黑潮变异及其与近海交换过程，是认知大洋与近海相互作用的重要途径，是理解我国近海海洋环境乃至区域气候变化的关键科学问题，亟待开展深入研究。本项目将在现有认知和新发现的基础上，改进和研发精细化海洋数值模式，以黑潮多时空尺度变异为切入点，以中尺度涡与平均流相互作用为主线，阐明西边界流影响下的海洋动力环境及其变异规律，厘清中尺度过程形成和演变机制及其对西边界流的反馈，明晰西边界流诱发中尺度过程在中国近海主要通道水交换中的作用，为丰富大洋-近海相互作用理论体系做出贡献。

黑潮是世界上最强的西边界流之一，也是全球气候系统中热量与物质输运的主动脉之一，是我国近海与太平洋联系的重要纽带。黑潮在大洋与局地作用的强迫下，存在多尺度时空变化规律，呈现不同形态的向近海入侵现象，控制整个近海环流系统的调整。.本项目紧紧围绕控制黑潮多时空尺度变异的关键动力过程这一科学问题，通过多种研究手段，阐明了黑潮的多时空尺度变化特征，揭示了黑潮路径变化的成因机制及对边缘海的入侵特征，明晰了黑潮延伸体区中尺度涡的三维特征与能量收支，丰富了大洋-近海相互作用理论。.研究表明：（1）黑潮存在从季节、年际到长期的多时间尺度变化特征，且各区域存在不同的显著周期，与大洋波动信号和全球/局地海气相互作用密切相关。（2）地形作用下冬季北风的位涡输入是黑潮路径偏移的主要动力学机制，如果黑潮流经区域存在海山（吕宋海峡）或海槽（冲绳海槽）地形，冬季将更容易发生黑潮入侵边缘海的现象。此外，吕宋海峡附近的风生Ekman输运、源区黑潮流量、涡旋致海平面变化等也将影响黑潮入侵南海强度。（3）黑潮在台湾东北入侵东海陆架冬季最强、夏季最弱，长期呈增强趋势，与黑潮流量变化一致。台湾以东气旋涡有利于黑潮流轴向西移动，对黑潮入侵有促进作用；反气旋涡有利于黑潮流轴向东移动，对黑潮入侵有消极影响。（4）黑潮延伸体区的反气旋涡数量和尺寸均占优；气旋涡动能在成熟期向深层扩展，势能垂向呈哑铃状分布；反气旋涡动能垂向分布均匀，势能集中在上层；两种涡旋势能均通过垂向热输运（PKC）向涡旋动能转化。.以上研究表明，黑潮变化除了受到大洋驱动作用，也受到局地强迫影响。黑潮路径与流量的变化，将造成大洋与近海交换的变异，进而可能引起边缘海环流系统的调整。该成果是大洋-近海相互作用研究一个很好的切入点，为深化我国近海环境演变认知程度和提高东亚边缘海气候预报水平提供了理论积累。