北歐海中尺度渦旋特征分析*

張春玲,夏燕軍,高郭平

(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306;2.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306)

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北歐海中尺度渦旋特征分析*

張春玲1,2,夏燕軍1,高郭平1,2

(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306;2.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306)

摘要:基于Nencioli等的渦旋判定方法，借助于高分辨率衛(wèi)星高度計(jì)反演的地轉(zhuǎn)流異常數(shù)據(jù)和海平面異常數(shù)據(jù)，對(duì)北歐海域2012年的中尺度渦旋進(jìn)行了識(shí)別和對(duì)比驗(yàn)證，并系統(tǒng)分析了該海域中尺度渦旋的空間分布、生命周期、半徑范圍和運(yùn)移路徑及速度等基本特征。結(jié)果顯示，在北歐海域，選取網(wǎng)格間距a=3,b=2進(jìn)行渦旋識(shí)別所得到的位置與海表高度的正負(fù)異常幾乎一一對(duì)應(yīng)，表明結(jié)果是可信、可靠的。北歐海域存在生命周期2周以上的氣旋渦280個(gè)，反氣旋渦316個(gè)，其中生命周期大于4周的渦旋數(shù)量約有20%。該海域中尺度渦旋主要集中分布在寒暖流交匯區(qū)和挪威沿岸海域，受大尺度環(huán)流影響，0°經(jīng)線以東海域的渦旋呈向南移動(dòng)的趨勢(shì)，約有40%的渦旋移動(dòng)速度為10 cm·s-1，最大可達(dá)20 cm·s-1，而沿岸海域的渦旋受地形影響，呈原地旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：中尺度渦；生命周期；半徑范圍；移動(dòng)速度；北歐海

北歐海是由西部的格陵蘭島、南部的冰島和東部的挪威沿岸圍成的半開放海域，也是由不同海脊分隔的格陵蘭海、冰島海和挪威海三個(gè)海區(qū)的統(tǒng)稱。北歐海作為北大西洋和北冰洋之間的過(guò)渡區(qū)域，是驅(qū)動(dòng)全球海洋熱鹽環(huán)流的重要海區(qū)之一，也是北大西洋深層水的重要形成區(qū)域之一，在全球氣候變化研究中一直處于重要的地位[1]。

北歐海環(huán)流[2]主要由來(lái)自北大西洋的暖流和源自北冰洋的寒流組成，這兩支海流在該海域交匯，并形成較強(qiáng)的海洋鋒面和流剪切，在地形的影響下，引起斜壓不穩(wěn)定，從而形成眾多中尺度渦旋[3]。這種中尺度渦旋具有較快地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度，伴有巨大能量[4-6]，可引起海水的垂直運(yùn)動(dòng)并加速渦旋區(qū)的混合攪拌，進(jìn)而導(dǎo)致影響海域的熱量、鹽量、物質(zhì)及能量交換發(fā)生變化，對(duì)大尺度海洋環(huán)流的動(dòng)力和熱力平衡具有重要的影響。

近年來(lái)，前人基于觀測(cè)、模型等手段，開展了北歐海的環(huán)流、鋒面特征和深層水形成及輸運(yùn)等方面的研究[7-12]，揭示了該海域環(huán)流分布狀況、基本特征和鋒面的變化過(guò)程。觀測(cè)手段的不斷進(jìn)步，特別是衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，大大提升了人們對(duì)海洋中中尺度渦旋的觀測(cè)能力，北歐海域中尺度渦的研究也逐漸被得到關(guān)注。Johannessen等[13]利用1986-02-03在挪威沿岸海域獲得的為期10 d的聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP)和船載CTD儀觀測(cè)資料，揭示了挪威沿岸海域中尺度渦旋的三維結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該海域中尺度渦旋的形態(tài)特征。Ikeda等[14]借助準(zhǔn)地轉(zhuǎn)雙層模型，分析了渦旋的形成與演變過(guò)程，提出挪威沿岸海域中尺度渦旋產(chǎn)生的主要原因是斜壓不穩(wěn)定，類似正壓的渦擾動(dòng)在渦旋的初始形成階段起了重要的作用。Bondevik[15]則利用2008和2009年間東格陵蘭島區(qū)域的合成孔徑雷達(dá)(SAR)數(shù)據(jù)，研究了海冰區(qū)的渦旋特征，并認(rèn)為弱風(fēng)場(chǎng)有利于渦旋的生存，而且渦旋通過(guò)與海冰的相互作用可加速海冰的融化。以上這些調(diào)查研究結(jié)果，在較大程度上提高了人們對(duì)北歐海渦旋的認(rèn)識(shí)，對(duì)渦旋的形成機(jī)制也有了初步了解，但目前人們對(duì)整個(gè)北歐海中尺度渦的空間分布和時(shí)間變化特征的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)仍然比較缺乏。

為此，本文擬參考目前較為成熟的渦旋探測(cè)方法原理，結(jié)合北歐海地理環(huán)境特征，設(shè)定渦旋判斷標(biāo)準(zhǔn)，并借助于衛(wèi)星高度計(jì)海平面異常與地轉(zhuǎn)流矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行該海域的中尺度渦旋的特征識(shí)別和分析，在對(duì)識(shí)別結(jié)果加以驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，分析北歐海中尺度渦的分布與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以期了解該海域中尺度渦旋的類型、數(shù)量、時(shí)間變化、空間分布和運(yùn)動(dòng)路徑等特征，從而為深入研究北歐海域的環(huán)流和渦旋及其對(duì)全球氣候變化的影響奠定基礎(chǔ)。

1資料來(lái)源與研究方法

1.1資料來(lái)源

本文利用的是全球海洋衛(wèi)星高度計(jì)AVISO(Archiving, Validation, and Interpretation of Satellite Oceanography)融合數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括網(wǎng)格化地轉(zhuǎn)流場(chǎng)(U—東分量和V—北分量)數(shù)據(jù)和海平面異常(Sea Level Anomaly, SLA)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由法國(guó)國(guó)家空間研究中心提供，并通過(guò)網(wǎng)站(ftp:∥ftp.aviso.altimetry.fr/global/delayed-time/grids/)下載，其中，流場(chǎng)數(shù)據(jù)空間分辨率為1/4o×1/4o、時(shí)間分辨率為逐日，數(shù)據(jù)容量較大。為此，我們僅選取了2012-01-01—12-31期間共計(jì)366 d的U、V和SLA數(shù)據(jù)，對(duì)北歐海域(25°W～20°E，65°～80°N)中尺度渦旋的特征進(jìn)行識(shí)別和研究。

1.2渦旋判定方法

海洋中的中尺度渦旋由于其與地形和背景環(huán)流的相互作用而呈不規(guī)則形狀，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，人們對(duì)其進(jìn)行識(shí)別的最簡(jiǎn)易方法是直接由衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行定性描述，這種判定方法簡(jiǎn)便粗略，判定結(jié)果因人而異，精確度不高。隨著衛(wèi)星高度計(jì)資料的不斷積累及其在渦旋研究中的廣泛應(yīng)用，一些快速、有效的自動(dòng)識(shí)別渦旋的方法應(yīng)運(yùn)而生，并得到不斷發(fā)展。目前，應(yīng)用較為廣泛的是利用衛(wèi)星高度計(jì)觀測(cè)獲得的海平面異常與地轉(zhuǎn)流矢量場(chǎng)結(jié)合的渦旋探測(cè)與識(shí)別方法[16-19]。該方法是一種基于中尺度渦旋流場(chǎng)幾何特征的物理參數(shù)法，以水平截面上中尺度渦旋的渦流速度場(chǎng)的特征為基本假設(shè)[20-21]：渦旋中心(也稱“渦心”)附近的局地速度值最小，遠(yuǎn)離渦心的切向速度基本呈線性增加至最大值后再減小到低值。為此，本研究參照Nencioli等[16]的渦旋判定方法，首先根據(jù)渦流速度場(chǎng)的特征，并結(jié)合北歐海域的獨(dú)特地理環(huán)境特征，設(shè)定渦心判定標(biāo)準(zhǔn)：1)沿渦心經(jīng)向，速度V分量在中心點(diǎn)兩側(cè)的數(shù)值符號(hào)相反，大小隨距中心點(diǎn)的遠(yuǎn)離而增加；2)沿渦心緯向，速度U分量在中心點(diǎn)兩側(cè)的數(shù)值符號(hào)相反，大小隨距中心點(diǎn)的遠(yuǎn)離而增加；考慮U和V的變化方向一致；3)在渦心局地區(qū)域內(nèi)速度的大小為最小值；4)圍繞渦心的速度矢量變化的旋轉(zhuǎn)性一致；相鄰兩個(gè)速度矢量方向必須在一個(gè)或兩個(gè)相鄰的象限內(nèi)。此外，利用渦心局地區(qū)域內(nèi)流函數(shù)的最外層閉合流線來(lái)識(shí)別渦邊界，并通過(guò)比較不同時(shí)刻渦心的位置分布來(lái)追蹤渦旋的軌跡。

在判別渦旋的實(shí)際計(jì)算中，需根據(jù)所選用的網(wǎng)格化流場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合研究海域的中尺度渦旋特征，選取渦心的判定參數(shù)，這取決于兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，一是渦心的有效半徑，其與流場(chǎng)的空間格局有關(guān)，按照渦旋內(nèi)經(jīng)向和緯向速度分量滿足1)和2)的條件選定周圍格點(diǎn)(以網(wǎng)格間距a界定)，并設(shè)定渦心周圍a-1個(gè)網(wǎng)格間距范圍內(nèi)，圍繞渦心的速度矢量的旋轉(zhuǎn)方向保持一致；第二個(gè)參數(shù)確定渦心局地速度最小值的有效半徑(網(wǎng)格間距b)，對(duì)應(yīng)于判據(jù)3)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展判據(jù)4)的檢驗(yàn)，從而完成渦旋的識(shí)別。

由于不同海域的渦旋特征各異，故在使用速度場(chǎng)提取渦旋信息時(shí)，需要結(jié)合渦旋表觀特征的直接觀察與上述自動(dòng)識(shí)別判據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，從而確定識(shí)別參數(shù)。針對(duì)北歐海域的環(huán)境條件，為了準(zhǔn)確識(shí)別渦旋，首先將流場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)一步線性插值到1/8o×1/8o的網(wǎng)格內(nèi)，以免遺漏那些半徑小于30 km的渦旋；在此基礎(chǔ)上，選取1o×1o網(wǎng)格范圍內(nèi)經(jīng)空間平均后的流場(chǎng)數(shù)據(jù)，探討研究北歐海域流場(chǎng)與渦旋分布的關(guān)系。為此，首先選取研究期間第10 天(2012-01-10)的高度計(jì)地轉(zhuǎn)流異常數(shù)據(jù)，在任意選定的區(qū)域(5°W～5°E，65°～75°N)中進(jìn)行參數(shù)組合敏感性試驗(yàn)，得到的不同參數(shù)組合下的渦旋探測(cè)結(jié)果(渦旋數(shù)量)如表1所示；而由背景流場(chǎng)直接檢測(cè)到的渦旋數(shù)量為23個(gè)(圖1)，與表1中a=3與b=2所對(duì)應(yīng)的渦旋數(shù)量(23個(gè))一致。為此，我們確定的北歐海域渦旋識(shí)別參數(shù)為a=3，b=2。

表1　不同渦旋識(shí)別參數(shù)a和b組合得到的渦旋數(shù)量

圖1 2012-01-10背景流場(chǎng)異常與人工識(shí)別的渦旋位置Fig.1　Currents and locations of identified eddies for Jan 10, 2012

2結(jié)果與分析

2.1渦旋識(shí)別結(jié)果檢驗(yàn)

為驗(yàn)證北歐海域中尺度渦旋的識(shí)別效果，本文以2012-01-10的識(shí)別結(jié)果為例，利用該海域相同時(shí)間段內(nèi)的流場(chǎng)和海平面異常(SLA)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)(圖2)。由圖可見，利用上述渦旋識(shí)別方法自動(dòng)識(shí)別到的渦旋總數(shù)為97個(gè)，其中氣旋渦和反氣旋渦分別為49個(gè)和48個(gè)，且渦旋相對(duì)多地集中在0°經(jīng)線東側(cè)海域(靠近挪威沿岸)，這與速度場(chǎng)直接表現(xiàn)出來(lái)的渦旋特征極為相似。由于研究海域恰好處于北半球，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的氣旋渦在科氏力作用下，會(huì)造成局地海水向外輻散，使得渦心處較周圍的高度低，即表現(xiàn)為海表面高度的負(fù)異常，反氣旋渦則表現(xiàn)出與氣旋渦相反的特點(diǎn)。圖2中所呈現(xiàn)的，反氣旋渦和氣旋渦與海面高度的正負(fù)異常位置幾乎一一對(duì)應(yīng)的分布趨勢(shì)，充分表明了由本文改進(jìn)的渦旋識(shí)別方法是有效的，其識(shí)別結(jié)果也是正確、可信的。

圖2　渦旋識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證Fig.2　Validation of the identified eddies

2.2渦旋特征分析

根據(jù)本文所用的渦旋識(shí)別方法，計(jì)算并獲得了2012-01-01—12-31北歐海域中尺度渦旋的數(shù)量和分布，其中生命周期大于兩周的中尺度渦旋共計(jì)596個(gè)，280個(gè)為氣旋渦(冷渦)，316個(gè)為反氣旋渦(暖渦)，反氣旋渦較氣旋渦的數(shù)量多約11%。下面將逐一分析該海域中尺度渦旋的空間分布、生命周期、半徑范圍和運(yùn)移路徑及速度等基本特征。

2.2.1空間分布

2012-01—12北歐海域生命周期在兩周以上的中尺度渦旋的空間分布及其對(duì)應(yīng)的背景流場(chǎng)(分辨率為1o×1o)如圖3所示。由圖可以看出，在0°經(jīng)線附近海域，來(lái)自北冰洋由北向南的寒流與其東側(cè)來(lái)自大西洋的北向暖流交匯于此，渦旋出現(xiàn)的數(shù)量較多，且頻率較高，在圖中表現(xiàn)為分布比較集中。在挪威沿岸海域，由于地形與大西洋暖流的相互作用，渦旋出現(xiàn)的數(shù)量也較多，靠近格陵蘭島的海域主要受東格陵蘭島寒流和海冰的影響，探測(cè)到的渦旋數(shù)量較少，分布相對(duì)稀疏。

為進(jìn)一步分析北歐海域兩類典型渦旋的分布特征，分別計(jì)算了氣旋渦、反氣旋渦的空間分布密度。圖4給出了研究海域1o×1o范圍內(nèi)、生命周期均在2周以上的氣旋渦和反氣旋渦的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。與圖4類似，氣旋渦和反氣旋渦均密集分布在0°經(jīng)線以東，其中反氣旋渦的分布特征更為明顯；在0°經(jīng)線以西的每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)，氣渦旋個(gè)數(shù)最多在3個(gè)左右，而反氣旋渦約為5個(gè)。與氣旋渦相比，反氣旋渦在數(shù)量及密集度上都更有優(yōu)勢(shì)，0°經(jīng)線以東的海域，每個(gè)網(wǎng)格中渦旋個(gè)數(shù)基本在2個(gè)以上，最高密度可達(dá)7個(gè)。

圖3　2012年研究海域渦旋空間分布與背景流場(chǎng)Fig.3　Background currents and distribution of eddies in 2012

圖4　渦旋空間分布密度Fig.4　Spatial distribution density of eddies

2.2.2生命周期

2012年北歐海域生命周期超過(guò)2周(14 d)的中尺度渦旋統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。由圖可知，不論氣旋渦、反氣旋渦還是整體渦旋的生命周期，均與其個(gè)數(shù)成反比，即表現(xiàn)出生命周期越長(zhǎng)，渦旋數(shù)量越少的特點(diǎn)。該海域大部分渦旋(約500個(gè)，其中氣旋渦個(gè)數(shù)約為240個(gè)、反氣旋渦約為260個(gè))的生命周期都小于4周，其中，持續(xù)2～3周的渦旋有364個(gè)(175個(gè)氣旋，189個(gè)反氣旋)。也有較多(73個(gè))中尺度渦旋的持續(xù)活動(dòng)時(shí)間在4～7周左右，而持續(xù)7～10周的渦旋共有8個(gè)。就兩類中尺度渦旋相比較，基本上表現(xiàn)出這樣的特點(diǎn)：在每段生命周期中，氣旋渦較反氣旋渦的數(shù)量稍少，但差異并不明顯。

圖5　渦旋生命周期統(tǒng)計(jì)Fig.5　Statistics of eddy lifetime

2.2.3半徑范圍

圖6呈現(xiàn)了研究期間北歐海生命周期大于14 d的中尺度渦旋的半徑和頻率的關(guān)系。可以看到，無(wú)論是氣旋渦(圖6a)還是反氣旋渦(圖6b)，其半徑范圍在20～40 km的頻率較大。相比之下，雖然氣旋渦的數(shù)量較反氣旋渦少，但兩者的半徑范圍多集中在30 km左右(氣旋渦約有41%，反氣旋渦約有45%)。

圖6　渦旋半徑統(tǒng)計(jì)Fig.6　Statistics of eddy radius

2.2.4運(yùn)移路徑及速度

圖7和圖8分別給出了存活時(shí)間在4周(包括4周)以上的氣旋渦和反氣旋渦的運(yùn)動(dòng)路徑及移動(dòng)速度。就運(yùn)動(dòng)方向和路徑而言(圖7)，無(wú)論氣旋渦還是反氣旋渦，其運(yùn)動(dòng)方向大致均表現(xiàn)為：在75°N以北的渦旋基本上自北向南運(yùn)動(dòng)；在65°～75°N范圍內(nèi)的渦旋向中間靠攏，即靠近75°N的渦旋自北向南運(yùn)動(dòng)，這與南向的寒流運(yùn)動(dòng)方向相一致；靠近挪威沿岸海域的渦旋自南向北運(yùn)動(dòng)。但兩者的運(yùn)動(dòng)路徑明顯有所不同：冰島海臺(tái)區(qū)域及格陵蘭海盆附近的反氣旋渦呈顯著的南向移動(dòng)，而氣旋渦只有挪威海附近個(gè)別渦旋有明顯的北向移動(dòng)路徑。除此之外，該海域其他渦旋在其持續(xù)活動(dòng)的生命周期內(nèi)，向南或向北運(yùn)動(dòng)的路徑均較短，有些渦旋甚至呈原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。就移動(dòng)速度而言(圖8)，大部分渦旋的移動(dòng)速度在10 cm·s-1左右，氣旋渦和反氣旋渦的最大移動(dòng)速度均可達(dá)20 cm·s-1，渦旋移動(dòng)速度與其對(duì)應(yīng)的頻率大致呈高斯函數(shù)關(guān)系。

圖7　渦旋運(yùn)動(dòng)路徑Fig.7　Tracks of eddies

圖8　渦旋運(yùn)動(dòng)速度Fig.8　Movement speed of eddies

3結(jié)論

北歐海域因其北大西洋和北冰洋過(guò)渡區(qū)域的重要地理位置，以及在全球熱鹽環(huán)流的重要作用，而得到廣泛關(guān)注。該海域存在的大大小小的中尺度渦旋對(duì)局地環(huán)流、水文環(huán)境要素、以及北極氣候變化等都具有重要影響。本文利用覆蓋全球海洋的衛(wèi)星高度計(jì)資料，結(jié)合渦旋探測(cè)與識(shí)別方法，對(duì)2012-01-12期間北歐海中的渦旋進(jìn)行了自動(dòng)識(shí)別，并對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查與驗(yàn)證，進(jìn)而系統(tǒng)分析研究了該海域中尺度渦旋的空間分布、生命周期、半徑范圍和運(yùn)移路徑及速度等基本特征，獲得的主要結(jié)論有：

1)經(jīng)敏感性試驗(yàn)，確定北歐海域渦旋識(shí)別參數(shù)為a=3，b=2。通過(guò)對(duì)研究海域識(shí)別結(jié)果檢驗(yàn)，其氣旋渦和反氣旋渦與海面高度的正負(fù)異常位置幾乎一一對(duì)應(yīng)，表明本文選用的渦旋識(shí)別方法是有效的，其識(shí)別結(jié)果也是正確、可信的。

2)2012年北歐海域存在280個(gè)氣旋渦，316個(gè)反氣旋渦，其生命周期均在2周以上，且4周左右的占20%，最長(zhǎng)的生命周期可達(dá)10周；大部分渦旋的半徑約為30 km。

3)北歐海域渦旋主要分布在寒暖流交匯區(qū)和挪威沿岸海域，受大尺度環(huán)流影響，0°經(jīng)線以東海域的渦旋呈向南移動(dòng)的趨勢(shì)，多數(shù)渦旋的移動(dòng)速度可達(dá)10 cm·s-1，最大可達(dá)20 cm·s-1；而沿岸海域渦旋受地形影響，呈原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

通過(guò)對(duì)2012-01-12期間北歐海域的渦旋識(shí)別及其分布特征的分析研究，使得我們看到了利用不斷增加的覆蓋全球海洋的衛(wèi)星高度計(jì)資料，進(jìn)行中尺度渦旋的自動(dòng)、快速有效識(shí)別，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景；研究雖已表明，渦旋的生成與大尺度洋流的分布以及局地地形均有很大的關(guān)聯(lián)，但其生成機(jī)制受到多種因素的影響，也還有待于進(jìn)一步分析研究，以便為全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解北歐海域環(huán)流和渦旋及其對(duì)全球氣候變化的影響提供科學(xué)依據(jù)。

致謝:所用數(shù)據(jù)由法國(guó)空間站AVISO提供下載，相關(guān)渦旋識(shí)別程序由南京信息工程大學(xué)董昌明教授分享,同時(shí)，中國(guó)Argo實(shí)時(shí)資料中心許建平研究員也為本文提出了寶貴意見和建議！

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]FUREVIK T, MAURITZEN C, INGVALDSEN R. The flow of Atlantic Water to the Nordic Seas and Arctic Ocean[J].Arctic Alpine Ecosystems & People in A Changing Environment, 2007:123-146.

[2]WALCZOWSKI W. Atlantic Water in the Nordic Seas[M].Switzerland: Springer International Publishing, 2014:21-40.

[3]JEAN-CLAUDE G, WATSON A J, MARIE-JDSé M, et al. Long-lived vortices as a mode of deep ventilation in the Greenland Sea[J].Nature, 2002, 416(6880): 525-527.

[4]CHELTON D B, SCHLAX M G, SAMELSON R M, et al. Global observations of large oceanic eddies[J].Geophysical Research Letters, 2007, 34(15):87-101.

[5]CHELTON D B, SCHLAX M G, SAMELSON R M. Global observations of nonlinear mesoscale eddies[J].Progress in Oceanography, 2011, 91(2): 167-216.

[6]SOUZA J M A C, MONTEGUT C D B, TRAON P Y L. Comparison between three implementations of automatic identification algorithms for the quantification and characterization of mesoscale eddies in the South Atlantic Ocean[J].Ocean Science, 2011, 7(3):317-334.

[7]POULAIN P M, WARN-VARNAS A, NIILER P P. Near-surface circulation of the Nordic seas as measured by Lagrangian drifters[J].Journal of Geophysical Research: Oceans (1978-2012), 1996, 101(C8): 18237-18258.

[8]ORVIK K A, NIILER P. Major pathways of Atlantic water in the northern North Atlantic and Nordic Seas toward Arctic[J].Geophysical Research Letters, 2002, 29(19): 2-1-2-4.

[9]JAKOBSEN P K, RIBERGAARD M H, QUADFASEL D, et al. Near-surface circulation in the northern North Atlantic as inferred from Lagrangian drifters: Variability from the mesoscale to interannual[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2003, 108(C8):7-12.

[10]HE T, ZHAO J P. Distributions and seasonal variations of fronts in GIN Seas[J].Advances in Earth Science, 2011, 26(10): 1079-1091.何琰, 趙進(jìn)平. 北歐海的鋒面分布特征及其季節(jié)變化[J].地球科學(xué)進(jìn)展, 2011, 26(10): 1079-1091.

[11]HE T. Research on front features and the influence of deep water structure and deep circulation on overflow of GIN Seas[D].Qingdao:Ocean University of China, 2012.何琰. 北歐海鋒面特征分析與深層水體結(jié)構(gòu)和環(huán)流及其對(duì)溢流的影響研究[D].青島：中國(guó)海洋大學(xué), 2012.

[12]SHAO Q L, ZHAO J P. On the deep water of the Nordic Seas[J].Advances in Earth Science, 2014, 29(1): 42-55.邵秋麗, 趙進(jìn)平. 北歐海深層水的研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(1): 42-55.

[13]JOHANNESSEN J A, SANDVEN S, LYGRE K, et al. Three-dimensional structure of mesoscale eddies in the Norwegian Coastal Current[J].Journal of Physical Oceanography, 2004，46(3)：273-288.

[14]IKEDA M, JOHANNESSEN J A, LYGRE K, et al. A process study of mesoscale meanders and eddies in the Norwegian Coastal Current[J].Journal of Physical Oceanography, 1989, 19(1): 20-35.

[15]BONDEVIK E. Studies of eddies in the Marginal Ice Zone along the East Greenland Current using spaceborne Synthetic Aperture Radar (SAR)[EB/OL].[2015-01-15]http:∥hdl.handle.net/1956/5113.

[16]NENCIOLI F, DONG C, DICKEY T, et al. A vector geometry-based eddy detection algorithm and its application to a high-resolution numerical model product and high-frequency radar surface velocities in the Southern California Bight[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2010, 27(3): 564-579.

[17]DONG C, MAVOR T, NENCIOLI F, et al. An oceanic cyclonic eddy on the lee side of Lanai Island, Hawai'i[J].Journal of Geophysical Research: Oceans, 2009, 114(C10):10008-10020.

[18]DONG C, LIN X, LIU Y, et al. Three-dimensional oceanic eddy analysis in the Southern California Bight from a numerical product[J].Journal of Geophysical Research: Oceans(1978-2012), 2012, 117(C7):92-99.

[19]LIU Y, DONG C, GUAN Y, et al. Eddy analysis in the subtropical zonal band of the North Pacific Ocean[J].Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2012, 68(5):54-67.

[20]OLSON D B. Rings in the ocean[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 1991, 19: 283-311.

[21]DICKEY T D, NENCIOLI F, KUWAHARA V S, et al. Physical and bio-optical observations of oceanic cyclones west of the island of Hawai'i[J].Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2008, 55(10): 1195-1217.

Received: March 26, 2015

*收稿日期：2015-03-26

作者簡(jiǎn)介：張春玲(1981-)，女，山東德州人，講師，博士，主要從事海洋動(dòng)力學(xué)和極地海洋學(xué)方面研究.E-mail: clzhang@shou.edu.cn(王燕編輯)

中圖分類號(hào)：P731.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-6647(2016)02-0207-09

doi:10.3969/j.issn.1671-6647.2016.02.006

Characteristics of Mesoscale Eddies in the Nordic Seas

ZHANG Chun-ling1,2, XIA Yan-jun1, GAO Guo-ping1,2

(1.CollegeofMarineScience,ShanghaiOceanUniversity, Shanghai 201306, China;2.KeyLaboratoryofSustainableExploitationofOceanicFisheriesResources,MinistryofEducation,

Shanghai 201306, China)

Abstract:Using Nencioli method and geostrophic current and sea level anomaly data extracted from the global ocean high-resolution satellite altimeter database, mesoscale eddies occurred during 2012 in the Nordic Seas have been identified and verified in this paper. Characteristics of the mesoscale eddies, including their spatial distribution, lifetime, radius, moving trend and speed, have been analyzed. The results show that the positions of identified eddies agree well with the SLA when a=2 and b=3. During the study period, totally 280 cyclonic eddies and 316 anti-cyclonic eddies, with lifetime longer than 2 weeks, were identified. About 20% of these eddies lasted for about 4 weeks. And the locations mainly concentrate in the area where cold and warm currents converge and the Norwegian coastal area. Due to the influenced by large-scale circulations, eddies to the east of 0° longitude mostly move southward, and 40% of them have movement speed of 10 cm·s-1, maximum speed is 20 cm·s-1. Meanwhile, eddies close to the coastal zone move relatively slowly, or rotate locally, due to the topographic effects.

Key words:mesoscale eddies; life time; radius range; movement speed; the Nordic Seas

資助項(xiàng)目：全球變化研究國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目——北極海冰減退引起的北極放大機(jī)理與全球氣候效應(yīng)(2015CB9539)；南北極環(huán)境綜合調(diào)查與評(píng)估專項(xiàng)——北極海域物理海洋和海洋氣象考察(CHINARE2014-03-01)；高校新進(jìn)教師科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目——基于FVCOM的中尺度渦演變機(jī)制研究(A1-2035-15-0021-110)