南海中尺度渦旋的經(jīng)年變動(dòng)特性的研究

摘 要：本文針對(duì)南海中尺度渦旋的經(jīng)年變動(dòng)特性，結(jié)合理論實(shí)踐，在簡(jiǎn)要闡述中尺度渦旋概念和分類的基礎(chǔ)上，分析了南海中尺度渦旋對(duì)海洋水文物理性質(zhì)造成影響，最后深入分析了南海中尺度渦旋的經(jīng)年變動(dòng)特性。得出中尺度渦隨季節(jié)變化比較明顯，需要加大對(duì)中尺度渦旋的研究力度，才能降低對(duì)南海海洋水文物理性質(zhì)影響的結(jié)論，希望對(duì)相關(guān)單位有一定幫助。

關(guān)鍵詞：南海；中尺度渦旋；海洋水文物理性質(zhì)；經(jīng)年變化特征

引言：近年來(lái)，南海物理海洋方面的研究不斷深入，其研究的廣度和深度都已經(jīng)達(dá)到了前所未有的水平。這在一定程度上揭示了我國(guó)南海海洋學(xué)的研究方向。隨著高精度、高分辨率衛(wèi)星遙感資料的大量應(yīng)用，使得我國(guó)南海海洋學(xué)的研究逐步向更高的方向發(fā)展，在這樣的基礎(chǔ)上開展南海中尺度渦旋的經(jīng)年變動(dòng)特性的研究，就顯得尤為重要。

1、中尺度渦旋的概念和種類

中尺度渦旋在也被稱之為天氣式海洋渦旋，指的是海洋中直徑在100～300km之間，壽命在2～10個(gè)月之間的渦旋。和常規(guī)相比，中尺度渦旋的直徑更大且壽命更長(zhǎng)，但比海洋中終年存在的海洋大環(huán)流壽命比較短，因此，被相關(guān)專家稱為中尺度渦旋。

根據(jù)中中尺度渦旋氣旋方式的不同，大體上可以分為兩大類，一類氣旋式渦旋，在北半球呈現(xiàn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此種渦旋中心海水的運(yùn)動(dòng)方式為從下到上，從而把海洋中下層的冷水，提升到上層較暖的海水中，促使渦旋內(nèi)部的水溫略低于四周的海水水溫，因此，也被稱之為冷渦旋；另一類是反氣旋式渦旋，在北半球呈現(xiàn)順時(shí)針選擇，其運(yùn)動(dòng)方式為自上而下，把海洋上層中的溫度較高海水融入到下層溫度較低的海水中，因此，其內(nèi)部溫度略高于四周溫度，也被稱之為暖渦旋。中尺度渦旋會(huì)改變流經(jīng)海區(qū)原有的海水運(yùn)動(dòng)，使得海流的方向變化多端，流速增大數(shù)倍至數(shù)十倍，并伴隨有強(qiáng)烈的水體垂直運(yùn)動(dòng)。旋渦中心勢(shì)能最大，越遠(yuǎn)離中心，勢(shì)能越小【1】。

2、中尺度渦旋對(duì)南海水文物理性質(zhì)的影響

2.1中尺度渦旋對(duì)SST的影響

氣旋和反氣旋式中尺度渦旋，分別對(duì)應(yīng)著低海面高度和高海面高度，在地轉(zhuǎn)的作用下，可促使南海海水發(fā)生幅散和幅聚，此時(shí)會(huì)引起海面上層和下層的上升下降來(lái)進(jìn)行科學(xué)合理的補(bǔ)充，使得南海海面呈現(xiàn)出低和高的SST。這一點(diǎn)也是中尺度渦旋呈現(xiàn)冷渦和暖渦之分的主要原因。大量研究表明，中尺度渦旋對(duì)SST的影響，不僅是由于其所引起上升后者下降流所造成的，而且中尺度渦旋對(duì)背景SST也有一定的攪拌的作用。而南海海洋鋒面位置SST的梯度比大，在中尺度渦旋的攪拌下，會(huì)把南海中的冷水帶到暖水出，也可以把暖水帶到冷水區(qū)域，從而引起SST發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生一系列連鎖效應(yīng)，最典型的效應(yīng)就是中尺度渦旋可以改變南海海氣的熱通量。

2.2中尺度渦旋對(duì)南海中鹽、粒子運(yùn)輸?shù)挠绊?/p>

中尺度渦旋會(huì)對(duì)南海海洋的背景場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一種不規(guī)則的脈動(dòng)，其產(chǎn)生的脈動(dòng)流速和脈動(dòng)溫度有共同作用，就會(huì)產(chǎn)生渦旋的熱運(yùn)輸，大量研究，此種運(yùn)輸作用和背景平流有非常大的影響。

2.3中尺度渦旋不但進(jìn)行自身旋轉(zhuǎn)，還能不斷“遷移”

通過(guò)高度計(jì)計(jì)量的結(jié)果可知，南海中尺度渦旋和長(zhǎng)Rossby波速相近的速度向西傳播，這一點(diǎn)就充分說(shuō)明，南海中尺度渦旋正是以Rossby波的局地表現(xiàn)形式。因此，南海中海洋的能量可不斷過(guò)程向西傳播，從而影響整個(gè)海水的環(huán)流前進(jìn)情況。

3、南海中尺度渦旋的經(jīng)年變動(dòng)特性

3.1研究區(qū)域

選擇5°～30°N、110°～135°E的低維度南海海域?yàn)橹饕芯繉?duì)區(qū)域，從2000年～2017年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航海面高度計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)南海海域中尺度渦旋的傳播特性以及強(qiáng)度變化特征來(lái)進(jìn)行分析。該研究區(qū)域?yàn)槟虾Ｎ魃橙簫u，在其東側(cè)有世界上第二大洋流—黑潮。

3.2數(shù)據(jù)來(lái)源和處理

本文在研究過(guò)程中，主要采用了2010年～2017年的衛(wèi)星海面高度數(shù)據(jù)，主要由中國(guó)宇航局檢測(cè)，有兩顆衛(wèi)星來(lái)實(shí)時(shí)觀測(cè)，觀測(cè)的數(shù)據(jù)包括：南海海面高度距平數(shù)據(jù)和延時(shí)更新海平面距平數(shù)據(jù)。兩顆衛(wèi)星搭載的海面高度設(shè)計(jì)觀測(cè)時(shí)間間隔為10.12天，在中緯度上軌道間距在300km～400km之間，有效保證了各項(xiàng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，為南海中尺度渦旋的經(jīng)年變動(dòng)特性研究，提供了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支持，大大提升中尺度渦旋經(jīng)年變動(dòng)特性研究分析的準(zhǔn)確性和效率【2】。

在數(shù)據(jù)處理中，采用了Ichikawa最適內(nèi)插法，網(wǎng)格化的時(shí)間和空間分辨率，在本次南海中尺度渦旋的經(jīng)年變動(dòng)特性研究中，研究數(shù)據(jù)使用的時(shí)間間隔為8天，空間分辨率為1/4°X1/4°的相關(guān)數(shù)據(jù)。

在具體研究過(guò)程中，為最大限度上保證南海中尺度渦旋經(jīng)年變動(dòng)特性研究的準(zhǔn)確性和質(zhì)量，采用了全時(shí)段衛(wèi)星檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，并消除了熱力學(xué)成分而引起海面高度的季節(jié)性變動(dòng)。如果設(shè)定南海海面高度變化的季節(jié)特性呈現(xiàn)正弦性，則可通過(guò)離散傅里葉方法來(lái)主動(dòng)消除季節(jié)性變化，就可以得到南海海面高度距平的主要時(shí)間序列，然后通過(guò)利用相應(yīng)的公式就可以計(jì)算出南海海面高度距平計(jì)算地轉(zhuǎn)速的實(shí)際數(shù)值，具體計(jì)算公式為：

這兩個(gè)公式中，u表示南海地轉(zhuǎn)流速的東西向分量；v表示南海地轉(zhuǎn)流速的南北向分量；f表示科氏力；h則表示海面高度距平；g表示重力加速度。

3.3南海中尺度渦旋經(jīng)年變化特性

通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，在每年的動(dòng)機(jī)和春季，南海巴士海峽東側(cè)會(huì)受到冷渦的侵襲，冷渦的前進(jìn)方向?yàn)樽晕飨驏|不斷移動(dòng)，而在夏季時(shí)則會(huì)受到暖渦的侵襲，暖渦的前進(jìn)方向也自西向東【3】。

從大量數(shù)據(jù)中可以看出，在南海中會(huì)出現(xiàn)很多渦旋，既有冷渦也有暖渦，但無(wú)論何種中尺度渦旋，普遍具有自西向東的渦旋變化特性。其中大約75%的中尺度渦旋傳播方式和Rossb波的傳播形式基本相同，從海量數(shù)據(jù)中可知，在南海中經(jīng)常發(fā)生冷渦和暖渦相互交替出現(xiàn)的現(xiàn)象，都具有Rossby波傳播的特性，可以為后期研究提供參考依據(jù)。

就南海夏季中尺度渦旋而言，暖渦數(shù)量明顯大于冷渦數(shù)量，而且暖渦的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冷渦的強(qiáng)度。而就南海冬季渦旋而言，冷渦的數(shù)量遠(yuǎn)大于暖渦數(shù)量，冷渦的強(qiáng)度也大于暖渦的強(qiáng)度。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，深入研究了南海中尺度渦旋的經(jīng)年變化特性，通過(guò)對(duì)2000年～2017年衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)的分析，得出了南海中尺度渦旋的傳播特性和強(qiáng)度變化情況，具體如下：

（1）充分驗(yàn)證了南海巴士海峽東側(cè)中尺度渦旋西向傳播特性，其中80%的中尺度渦旋和Rossby波的傳播特性基本相一致。甚至部分強(qiáng)度比較大的中尺度渦旋甚至可以直接穿過(guò)巴士海峽并持續(xù)向西傳播，在海洋環(huán)流的影響下，其強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，最后消失。

（2）南海中尺度渦旋具有非常明顯的季節(jié)特性，比如：南海夏季暖中尺度渦旋的數(shù)量明顯大于冷中尺度渦旋，同時(shí)暖中尺度渦旋的強(qiáng)度也明顯大于冷中尺度渦旋的強(qiáng)度。在冬季南海冷中尺度渦旋的數(shù)量則明顯大于冷中尺度渦旋的數(shù)量，此時(shí)冷中尺度渦旋的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于暖中尺度渦旋的強(qiáng)度。

（3）同時(shí)黑潮對(duì)南海中尺度渦旋也有非常大的影響，研究表明，在海潮的作用下，可促使南海中尺度渦旋向北偏移一定的角度，同時(shí)還能大幅度降低中尺度渦旋的強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

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[3]杜云艷，王麗敬，樊星，周成虎.基于GIS的南海中尺度渦旋典型過(guò)程的特征分析[J].海洋科學(xué)，2014，38（01）：1-9.

作者簡(jiǎn)介：

單哲毅（1996-）、男、漢、天津、國(guó)防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院、本科、軍事海洋學(xué)