【摘要】：西北太平洋是海洋環(huán)流系統(tǒng)最復(fù)雜的區(qū)域之一，而普遍存在于世界各大洋中的中尺度渦旋，在這一區(qū)域也是十分活躍的。作為西北太平洋重要的物理過(guò)程，中尺度渦旋已經(jīng)成為近些年研究的重點(diǎn)。中尺度渦旋在海洋動(dòng)力學(xué)以及熱鹽、能量的輸送和其它生物、化學(xué)過(guò)程中都起著非常重要的作用，進(jìn)而影響著該海域大洋環(huán)流，溫度、鹽度以及葉綠素等的垂直與水平分布。所以，無(wú)論在大洋動(dòng)力學(xué)等理論研究方面還是國(guó)防軍事等實(shí)際應(yīng)用方面，西北太平洋中尺度渦都具有很高的研究?jī)r(jià)值。 利用超過(guò)15年的衛(wèi)星高度計(jì)資料，本文首先使用三種不同的渦旋探測(cè)方法(SSHA, Okubo-Weiss; OW,和Winding-Angle; WA)對(duì)西北太平洋中尺度渦的基本特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)這三種方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Argo溫鹽數(shù)據(jù)，重點(diǎn)對(duì)西北太平洋中尺度渦旋的三維結(jié)構(gòu)特征（溫、鹽和流）進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。最后，對(duì)渦旋基本特征和三維結(jié)構(gòu)的季節(jié)以及年際變化進(jìn)行了比較和討論。本文組織結(jié)構(gòu)和主要結(jié)果如下： 我們首先采用SSHA方法對(duì)于西北太平洋(115°-140°E,5°-30°N)中尺度渦旋的基本特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)，在西北太平洋絕大多數(shù)渦旋都集中在16°N以北，氣旋渦（CE）和反氣旋渦（AEs）的分布較為均勻。大多數(shù)渦旋的生命周期都小于12周，半徑大于100km。平均每年產(chǎn)生渦旋51個(gè)，而且在大多數(shù)年里AEs的數(shù)量要略多于氣旋渦。 之后，利用OW渦旋探測(cè)方法，，我們進(jìn)一步對(duì)副熱帶西北太平洋渦旋較多區(qū)域(122°-148°E,12°-28°N)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，渦旋信號(hào)在17o-24oN之間較為活躍。絕大多數(shù)渦旋的半徑都在40-70km之間。氣旋渦(反氣旋渦)的平均半徑和生命周期分別為59.4km和8.5周(57.7km和8.9周)�？傮w來(lái)說(shuō)，半徑越大的渦旋其總能量越大，但是渦旋強(qiáng)度卻越小。 利用第三種渦旋探測(cè)方法WA，我們對(duì)西北太平洋副熱帶逆流區(qū)(122°-170°E,12°-28°N)的中尺度渦旋進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示，渦旋的發(fā)生頻率和EKE在19°-26°N之間的副熱帶逆流帶上較大，并且在呂宋-臺(tái)灣沿岸顯著增加。在絕大多區(qū)域反氣旋渦是占主導(dǎo)地位的，只有在19°-22°N之間的緯度帶上氣旋渦的數(shù)量相對(duì)較多。大多數(shù)渦旋的半徑在80-180km之間，生命周期小于10周。渦旋產(chǎn)生之后，氣旋渦和反氣旋渦均向西運(yùn)動(dòng)，渦旋西傳的平均速度為7.2cm s~(-1)，最后在呂宋-臺(tái)灣沿岸處隨黑潮向北移動(dòng)。 通過(guò)比較三種渦旋探測(cè)方法的結(jié)果，可以看出，它們探測(cè)到的渦旋特征在某些方面存在相似之處。例如，大多數(shù)渦旋生命周期都小于10周，并且都探測(cè)到了生命周期大于24周的長(zhǎng)生命周期渦旋；對(duì)于不同生命周期的渦旋來(lái)說(shuō)，反氣旋渦的數(shù)量要明顯多于氣旋渦；渦旋在產(chǎn)生后都會(huì)向西傳播，并在抵達(dá)西邊界后隨黑潮向北移動(dòng)。雖然上述三種渦旋探測(cè)方法都是基于海表面高度異常場(chǎng)的物理或幾何算法的渦旋自動(dòng)探測(cè)方法，但是它們探測(cè)到的渦旋特征還是存在一定的差異。OW方法探測(cè)到的渦旋平均半徑不足60km，且隨緯度變化較大；而SSHA與WA方法得到的大多數(shù)渦旋半徑大于100km，且WA結(jié)果顯示渦旋半徑基本與緯度無(wú)關(guān)。對(duì)于長(zhǎng)生命周期的渦旋來(lái)說(shuō)，由于OW方法存在較高的渦旋錯(cuò)誤識(shí)別率，導(dǎo)致了OW方法得到的渦旋性質(zhì)演化規(guī)律性相對(duì)較差；而WA方法得到的結(jié)果具有很強(qiáng)的規(guī)律性。此外，OW方法得到的渦旋平均移動(dòng)速度只有WA方法得到的速度的一半,后者更接近前人的研究結(jié)果。因此，我們認(rèn)為在西北太平洋，WA方法探測(cè)渦旋更加準(zhǔn)確，得到的結(jié)果也更加可信。 為了比較和追蹤渦旋三維結(jié)構(gòu)在西傳過(guò)程中的區(qū)別，我們按照不同經(jīng)度將研究區(qū)域(122°-170°E,18°-26°N)劃分為五個(gè)連續(xù)的子區(qū)域，使用Argo溫鹽數(shù)據(jù)與WA方法探測(cè)到的渦旋進(jìn)行匹配，進(jìn)而重建和研究了各個(gè)子區(qū)域渦旋的三維結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，合成渦旋能夠產(chǎn)生較大的溫躍層垂向移動(dòng)。由于主溫躍層中存在北太平洋副熱帶模態(tài)水(STMW)，氣旋渦(反氣旋渦)引起水體的上升(下沉)拉伸(壓縮)了較厚的STMW，從而產(chǎn)生了更加(不那么)明顯的溫度異常雙核結(jié)構(gòu)。由于北太平洋熱帶水(NPTW)和北太平洋中層水(NPIW)的垂直分布，渦旋引起的鹽度異常呈“類(lèi)三明治”結(jié)構(gòu)，并且在反氣旋渦中更顯著。此外，渦旋在西傳過(guò)程中其三維結(jié)構(gòu)存在顯著的差異：在向西移動(dòng)過(guò)程中渦旋引起了更大的溫度、鹽度和地轉(zhuǎn)流異常，其影響深度也逐漸加深，這一點(diǎn)在反氣旋渦上更加突出。另外，我們的分析表明，這一區(qū)域存在的副熱帶鋒面對(duì)合成渦旋的溫鹽異常結(jié)構(gòu)存在一定的影響，但其引起的經(jīng)向差異明顯小于渦旋西傳過(guò)程中的緯向差異。 進(jìn)一步，根據(jù)渦旋EKE的季節(jié)(年際)變化特征，我們分別定義了渦旋的強(qiáng)/弱季節(jié)(年)，并合成氣旋渦和反氣旋渦來(lái)比較分析渦旋溫鹽結(jié)構(gòu)的季節(jié)(年際)變化特征。氣旋渦和反氣旋渦的EKE季節(jié)變化較為同步，即在春夏季節(jié)(4-6月)較強(qiáng)，而在秋冬季節(jié)(11-1月)較弱。結(jié)果顯示，氣旋渦(反氣旋渦)在強(qiáng)季節(jié)和弱季節(jié)引起的溫度和鹽度異常差異主要集中在100dbar以上。氣旋渦和反氣旋渦的年際變化并不完全同步：氣旋渦的EKE在2003年1月-2006年9月較強(qiáng)，而在2006年9月-2011年12月較弱；反氣旋渦的EKE在2003-2007年較強(qiáng)，而在2009-2011年較弱。渦旋在強(qiáng)年引起的溫度和地轉(zhuǎn)流異常幅度和影響深度要明顯大于弱年。但由于海表面鹽度在強(qiáng)年和弱年存在明顯的東西向差異，使得氣旋渦和反氣旋渦在強(qiáng)、弱年引起的鹽度異常差異主要體現(xiàn)在200dbar深度以上。
【圖文】：

圖 1.1 渦旋的渦動(dòng)能 (EKE) 占全球海洋渦動(dòng)能總量的百分比：(a) 為生命周期大于 16 周的渦旋； (b)為生命周期大于 4 周的渦旋 (引自 Chelton et al., 2011)。近幾十年，西北太平洋中尺度渦旋的研究受到了越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外海洋學(xué)家的關(guān)注。因其所處的特殊地理位置，使得西北太平洋區(qū)域具有復(fù)雜的西邊界流系統(tǒng)(e..g. Qu et al., 1998; Qu et al., 1999; Qu and Lukas, 2003; Zhai and Hu, 2013) 和來(lái)自不同海域的水團(tuán) (e.g. Reid, 1965; Cannon, 1966; Masuzawa, 1969; Talley, 1993

論文研究框架圖
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：P731.2

【參考文獻(xiàn)】

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10 高山;王凡;李明悝;陳永利;閆長(zhǎng)香;朱江;;中尺度渦的高度計(jì)資料同化模擬[J];中國(guó)科學(xué)(D輯:地球科學(xué));2007年12期

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本文編號(hào)：2638614