黑潮延伸體區(qū)域是中緯度海氣相互作用的關(guān)鍵區(qū)域,也是海洋渦旋最活躍的區(qū)域之一。脫落渦旋的研究在分析和理解海洋中物質(zhì)和能量的輸送以及海-氣相互作用等方面起著重要的作用,但是之前的研究并沒(méi)有很好的區(qū)分出該區(qū)域從流軸脫落的渦旋、“蛇形”(meanders)以及其他的中尺度渦。本文基于1993-2015年AVISO衛(wèi)星高度計(jì)融合數(shù)據(jù),參照WA(Winding-Angle)方法人工統(tǒng)計(jì)了從黑潮延伸體流軸脫落的渦旋,并系統(tǒng)分析了該區(qū)域脫落渦旋的空間分布特征、運(yùn)動(dòng)屬性以及季節(jié)、年際和類年代際變化特征。23年間共追蹤到242個(gè)氣旋渦,276個(gè)反氣旋渦,脫落的渦旋主要分布在沙茨基海脊以西區(qū)域。從脫落渦旋的源地空間分布來(lái)看,氣旋渦的形成區(qū)域有兩個(gè)高發(fā)區(qū),一個(gè)位于黑潮延伸體流軸穩(wěn)定彎曲處,即144~oE-146~o E之間的上游區(qū)域;另一個(gè)位于沙茨基海脊西側(cè)156~o E處。而反氣旋渦的形成區(qū)域也有兩個(gè)高發(fā)區(qū),一個(gè)位于沙茨基海脊以西的下游區(qū)域,另一個(gè)位于148~o E處。這些脫落的渦旋大多向西移動(dòng),反氣旋渦和氣旋渦向西移動(dòng)的平均速度分別為3.52 cm/s和3.89 cm/s,其中有88%的渦旋再次被流軸吸收。脫落渦旋的平均生命周期為50天,氣旋渦和反氣旋渦平均半徑分別為92.4 km和103.9 km,平均振幅分別為35 cm和32 cm。脫落渦旋的數(shù)量顯示出了明顯的年際和類年代際變化,在流軸的上下游區(qū)域,類年代際和年際變化分別占主導(dǎo)地位。在上游區(qū)域,脫落渦旋的類年代際變化與黑潮延伸體的強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。在季節(jié)變化上,夏季脫落形成的渦旋最多,冬季最少�；诿撀錅u旋的統(tǒng)計(jì)特征,結(jié)合Argo浮標(biāo)資料、日本國(guó)家海洋科學(xué)與技術(shù)研究中心(JAMSTEC)船測(cè)資料數(shù)據(jù)集和WOA13 v2氣候態(tài)溫鹽數(shù)據(jù),采用客觀分析插值法,合成了黑潮延伸體區(qū)域脫落渦旋的三維溫鹽結(jié)構(gòu),并估算出相關(guān)的熱量輸運(yùn)。脫落的氣旋(反氣旋)渦呈現(xiàn)明顯的位勢(shì)溫度負(fù)(正)異常,自西向東脫落的氣旋(反氣旋)渦引起的位溫異常極值深度逐漸變淺(深)、位溫異常值減小。140°-150°E脫落的冷渦由于低位勢(shì)渦度的副熱帶模態(tài)水的存在,有“雙核”結(jié)構(gòu)特征。脫落的氣旋(反氣旋)渦在小于600 m深度有相對(duì)強(qiáng)的負(fù)(正)鹽度異常;大于600 m深度氣旋(反氣旋)渦有相對(duì)弱的正(負(fù))鹽度異常。黑潮延伸體各區(qū)域合成脫落渦旋的溫、鹽異常的影響程度并不完全相同,可能與各區(qū)域背景流強(qiáng)度和溫鹽場(chǎng)有關(guān)。脫落渦旋對(duì)溫鹽的平均影響深度可達(dá)1 000 m以上。基于渦旋運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)計(jì)算渦旋運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的熱量輸送結(jié)果表明,脫落渦旋的經(jīng)向熱量輸送值約為0.03 PW,該估算量占黑潮延伸體急流所處緯度的渦旋經(jīng)向熱量輸送的三分之一,對(duì)北太平洋經(jīng)向渦旋熱量輸送有重大貢獻(xiàn)。最后,研究了北太平洋副熱帶西部模態(tài)水(NPSTMW)的分布特征以及脫落渦旋對(duì)其影響。研究表明黑潮延伸體區(qū)域反氣旋渦中平均混合層深度和NPSTMW的厚度均大于氣旋渦,這也間接證明了,反氣旋渦中更易生成模態(tài)水。低位勢(shì)渦度水的強(qiáng)度在合成的脫落渦旋中的分布表明,脫落的反氣旋渦中NPSTMW明顯強(qiáng)于氣旋渦,并且在反氣旋渦的東側(cè)有高位渦水體向南輸運(yùn),而低位渦水體被限制在反氣旋渦中心。脫落的反氣旋渦中的捕獲深度(Trapped Depth)高達(dá)950 m,氣旋渦中為800 m。
【學(xué)位單位】：自然資源部第三海洋研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P731.27
【部分圖文】：

圖 1.1 西北太平洋副熱帶和副極地環(huán)流相關(guān)的流場(chǎng)示意圖（引自 Qiu, 2001）ig. 1.1 Schematic current patterns associated with subtropical and subarctic gyres in the western NPacific Ocean (from Qiu, 2001)從 KE 流軸脫落的渦旋攜帶著其源頭的各項(xiàng)特性，可移動(dòng)上百，甚至上，生命史可長(zhǎng)達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年。因此，綜合利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)（例如衛(wèi)星數(shù)據(jù)和海表面溫度數(shù)據(jù)等）以及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料（Argo 數(shù)據(jù)和 CTD 數(shù)據(jù)等 KE 區(qū)域脫落渦旋的分布和屬性進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的研究，并進(jìn)一步分析其環(huán)境的影響（包括熱量和鹽量的傳輸?shù)龋�，具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意落渦旋的經(jīng)向熱量對(duì) SST 有重大的影響，從而通過(guò)海-氣相互作用對(duì)大氣氣候變化產(chǎn)生影響，對(duì)氣候預(yù)測(cè)有指導(dǎo)意義。下面分別從遙感數(shù)據(jù)及其應(yīng) 區(qū)域中尺度渦研究進(jìn)展和北太平洋副熱帶西部模態(tài)水三個(gè)方面介紹研究

圖 1.2 研究區(qū)域的氣候態(tài)動(dòng)力地形（等值線，cm）和海底地形（填色，m）。等值線的間隔是 10 cm，黑色等值線代表 KE 流軸。IR 和 SR 分別代表伊豆脊海嶺（Izu Ridge）和沙茨基海脊（Shatsky Rise）Fig.1.2 Climatological absolute dynamic topography (contour, cm) and geography (color, m) of researchregion. The contour interval is 10 cm, and the black contour indicate the KE jet axis. IR and SR denote theIzu Ridge and the Shatsky Rise, respectively1.2 研究進(jìn)展1.2.1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及其應(yīng)用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有全天候、全天時(shí)、大面積同步觀測(cè)等優(yōu)勢(shì)，為海洋中尺度渦的研究提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。上世紀(jì) 70 年代以來(lái)高速發(fā)展的地球觀測(cè)衛(wèi)星為全球尺度海洋中尺度現(xiàn)象的研究開辟了一個(gè)新時(shí)代[19]。由于中尺度渦強(qiáng)烈地影響著海表屬性，所以人們能從海表面溫度（SeaSurfaceTemperature, SST），水色、合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar, SAR）圖像中發(fā)現(xiàn)它們。但當(dāng)中尺

海表以下的信息至關(guān)重要。船載走航的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)面數(shù)據(jù)[23]以及模式數(shù)據(jù)[24][25]等均能用于合成中尺度渦三，隨著 Argo 浮標(biāo)、漂流浮標(biāo)等數(shù)據(jù)的積累，自從 2001 年學(xué)者們研究中尺度渦的結(jié)構(gòu)、分類以及其對(duì)海洋環(huán)境影響8]。但受限于 Argo 浮標(biāo)數(shù)據(jù)的時(shí)空分布不均等問(wèn)題，一般度大的海域，或是基于 Argo 浮標(biāo)跟蹤和研究單一中尺的過(guò)程。足海洋的應(yīng)用需求，衛(wèi)星高度計(jì)測(cè)量海面高度的精度要求尺度渦一般能表現(xiàn)出明顯的海表高度變化（圖 1.3 是一個(gè)面示意圖），衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)無(wú)疑是目前對(duì)區(qū)域性或全球研究的最佳數(shù)據(jù)源，以下我們先介紹以高度計(jì)數(shù)據(jù)為主要提取和跟蹤算法。
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