海洋涡旋对黑潮入侵南海的影响

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黑潮在向北运动的过程中,途经吕宋海峡时发生偏转,携带太平洋水进入南海,对南海内的热盐收支、环流、涡旋活动及气候变化等均有重要意义。本论文通过观测资料、理想模式和高分辨率海洋环流模式分析了吕宋海峡东侧不同极性涡旋对不同入侵路径的作用,不同强度涡旋对流套路径的影响,及中尺度涡在黑潮入侵年际变率中的作用,具体结果如下:
  1、首先在观测资料中证明,相比于跨越型和泄漏型两类路径,中尺度涡更容易对流套型路径起作用。气旋显著增强了流套,而反气旋则减弱了流套,其周期大约为30-60天,根据对流套内的涡度收支分析,主要是平流作用和行星涡度梯度的经向输送导致了流套的增强。进一步对涡旋进行强弱区分后发现,由于南海内吕宋冷涡的存在,吕宋海峡以东较弱/较强的气旋/反气旋对应较强的黑潮流套,而较强/较弱的反气旋/气旋对应较弱流套。以上分析在一中等复杂程度模式中和涡分辨率海洋环流模式(LICOM2.0)中得到了证实,同时在LICOM2.0中讨论了上述现象的成因。气旋涡存在时吕宋以东海表高度降低,等密面抬升,黑潮东西两侧压力梯度减弱,上游黑潮减弱,更多水入侵通过吕宋海峡,结合涡度收支方程说明,气旋存在的情况下流套内更强的向北流动导致了流套的增强。区分涡旋强弱后,当吕宋海峡以东存在较强气旋时,黑潮通过吕宋海峡后,南海内部更强的负纬向温度梯度和正涡度的分布导致更强的向南流动,因此相对较少的水向北流动形成流套;再根据位涡守恒,当较弱气旋存在于吕宋海峡以东时,沿着黑潮流轴的负涡度更强,为了维持位涡守恒,行星涡度将增大,形成流套;而在强气旋存在时则相反。
  2、比较了涡分辨率单独海洋模式LICOM2.0及其海气耦合模式中的黑潮入侵与观测资料中黑潮入侵的差异,对模式进行了评估,同时,我们发现在单独海洋模式中黑潮入侵与观测相比过强,而在其海气耦合模式中这一差异得到了改善。进一步的研究表明热带太平洋的大尺度风场,吕宋海峡附近的局地风应力和吕宋海峡以东的中尺度涡旋共同作用导致了黑潮入侵在耦合模式中较弱。
  3、分析了ENSO对黑潮入侵年际变率的影响,在El Ni(n)o期间,黑潮入侵更强,吕宋海峡输送(LST)较大;而在La Ni(n)a期间,入侵则较弱,LST小,且El Ni(n)o发生时,黑潮更容易形成流套型路径。除了热带太平洋上大尺度风的作用使得北赤道流(NEC)分叉位置北移,导致黑潮入侵增强外,中尺度涡也起到了一定的作用。通过高分辨率海洋模式数据进一步确认,El Ni(n)o时,吕宋海峡以东Ekman抽吸为向下异常,对应温跃层加深,进而导致了正压不稳定的增强,使得LST增大。此外,在观测资料中还发现由于IPO的位相转变,黑潮入侵与ENSO的相关关系在2005和2014年前后会发生变化。黑潮入侵在IPO位于其正位相时与ENSO相关更大,而在IPO负位相期间相关较弱。
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