西北太平洋副熱帶海區(qū)一個(gè)氣旋渦的三維結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及其亞中尺度特征

方思敏,林宏陽(yáng),2,胡致遠(yuǎn),孫振宇,2,楊龍奇,胡建宇,2*

(1.廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院,近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門 361102;2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室,廣東 珠海 519082)

由于存在較強(qiáng)的斜壓不穩(wěn)定性,北太平洋副熱帶逆流(STCC)區(qū)存在活躍的中尺度渦活動(dòng)[1].在整個(gè)北太平洋,STCC區(qū)的渦動(dòng)能僅次于黑潮延伸體區(qū),也是赤道太平洋與中緯度太平洋之間進(jìn)行物質(zhì)、熱量以及鹽量交換的主要區(qū)域[2],在局部乃至全球氣候演變中都具有重要作用.

中尺度渦的三維結(jié)構(gòu)、生消演變機(jī)制及其與平均流的相互作用等一直是渦旋研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題.對(duì)于STCC區(qū),Kang等[3]利用TOPEX/POSEIDON測(cè)高數(shù)據(jù)來(lái)研究該區(qū)域的渦旋場(chǎng),通過(guò)對(duì)1992—2007年的數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)速度切變對(duì)渦旋的產(chǎn)生以及渦旋的季節(jié)性演變有很大的影響;Hwang等[4]也使用TOPEX/POSEIDON測(cè)高數(shù)據(jù)來(lái)研究該區(qū)域的中尺度渦旋,統(tǒng)計(jì)了渦旋的半徑、中心、渦度、剪切變形率、拉伸變形率、散度和中心速度,并對(duì)其中一個(gè)氣旋渦和一個(gè)反氣旋渦的傳播過(guò)程進(jìn)行了個(gè)例分析;Yang等[5]利用1992—2002年的衛(wèi)星海面高度計(jì)資料研究了西北亞熱帶太平洋的中尺度渦特性;Cheng等[6]進(jìn)一步應(yīng)用衛(wèi)星高度計(jì)資料統(tǒng)計(jì)分析了西北太平洋中尺度渦旋的傳播特征.

海洋中的亞中尺度現(xiàn)象是近年來(lái)海洋研究中的一個(gè)熱點(diǎn)話題,其多出現(xiàn)在海洋表層,伴隨亞中尺度過(guò)程生成的次級(jí)環(huán)流誘導(dǎo)混合層內(nèi)發(fā)生再層化,能有效地釋放中尺度過(guò)程中的勢(shì)能[7-8].基于副熱帶太平洋現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù),Callies等[9]發(fā)現(xiàn)亞中尺度范圍內(nèi)動(dòng)能譜斜率不符合經(jīng)典的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)(QG)理論,而冀承振等[10]和Yang等[11]則利用數(shù)模和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)中尺度渦旋邊緣處動(dòng)能譜斜率更趨近k-2(k表示水平波數(shù)的量級(jí)[9]),可用表層QG理論解釋;而渦旋中心處動(dòng)能譜斜率更趨近k-3,符合QG理論,表明渦旋邊緣的亞中尺度過(guò)程活躍.

廈門大學(xué)于2019年3—4月用“嘉庚”號(hào)科考船在西北太平洋STCC區(qū)[圖1(a)]開展了KK1902航次調(diào)查,主要觀測(cè)若干中尺度渦,并綜合利用多種觀測(cè)平臺(tái)與設(shè)備進(jìn)行拖曳、走航、大面等手段的全方位精細(xì)觀測(cè).本研究利用該航次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合衛(wèi)星高度計(jì)資料,對(duì)航次重點(diǎn)觀測(cè)的一個(gè)氣旋渦(編號(hào)CE2)的三維結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及其亞中尺度特征進(jìn)行分析,以期增進(jìn)對(duì)該區(qū)域中尺度渦旋及其亞中尺度特征的認(rèn)識(shí).

(a)西北太平洋STCC區(qū)主要流系,根據(jù)Cheng等[6]修改;(b)CE2渦旋的觀測(cè)斷面,底圖為2019年3月30日的海面高度異常(SLA),紅線表示SLA為0 cm的等值線.圖1 研究區(qū)域和所觀測(cè)的氣旋渦Fig.1 Research region and the observed eddy

1 數(shù)據(jù)與方法

KK1902航次于2019年3月17日至4月18日進(jìn)行觀測(cè)作業(yè),全程共經(jīng)過(guò)7個(gè)渦旋,其中氣旋渦CE2渦旋的觀測(cè)資料最為充分,觀測(cè)時(shí)間為2019年3月27日至4月1日,包含①～⑤5個(gè)緯向斷面,觀測(cè)期間另有一個(gè)反氣旋渦伴生于CE2渦旋的西側(cè)[圖1(b)].

溫度、鹽度、深度取自型號(hào)為M12000的拖曳式海洋多參數(shù)剖面測(cè)量?jī)x(MVP,AML公司),儀器電導(dǎo)率準(zhǔn)確度達(dá)±0.001 S/m,溫度傳感器的準(zhǔn)確度達(dá)±0.005 ℃.實(shí)際采集數(shù)據(jù)深度為0.99～504.33 m,相鄰采樣點(diǎn)之間的平均距離為4.5 km,平均垂向采樣間隔為0.5 m,本研究的數(shù)據(jù)深度插值為1～450 m,深度間隔為0.5 m.

海流數(shù)據(jù)取自O(shè)S38K船載相控陣寬帶走航式聲學(xué)多普勒海流剖面儀與TRDI WHMariner300K船載走航式聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP),兩臺(tái)儀器的數(shù)據(jù)采集頻率分別為38與300 kHz,下文中分別將兩者簡(jiǎn)稱為ADCP38k與ADCP300k.ADCP38k觀測(cè)流速準(zhǔn)確度達(dá)±0.5 cm/s,實(shí)際采集數(shù)據(jù)深度為45.4～429.4 m,數(shù)據(jù)垂向采樣間隔為24 m,空間平均后沿軌水平間隔為2 km;ADCP300k觀測(cè)流速準(zhǔn)確度達(dá)±0.5 cm/s,實(shí)際采集數(shù)據(jù)深度為9.7～69.7 m,數(shù)據(jù)垂向采樣間隔為2 m,空間平均后沿軌水平間隔為500 m.ADCP38k數(shù)據(jù)主要用于研究渦旋區(qū)海流分布,ADCP300k數(shù)據(jù)主要用于表層動(dòng)能譜計(jì)算.

衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)取自哥白尼海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心(CMEMS)提供的L4級(jí)網(wǎng)格化產(chǎn)品,標(biāo)識(shí)符SEALEVEL_GLO_PHY_L4_MY_008_047,該產(chǎn)品包含SLA數(shù)據(jù)及地轉(zhuǎn)流流速等變量,時(shí)間分辨率為1 d,空間分辨率為0.25°×0.25°.

KK1902航次在研究區(qū)域投放了12個(gè)基于中國(guó)北斗衛(wèi)星定位和通訊的SUCE V2.1型衛(wèi)星跟蹤表層漂流浮標(biāo),這些漂流浮標(biāo)的GPS定位精度為10 m,采樣間隔標(biāo)配30 min,續(xù)航能力標(biāo)配6個(gè)月,可觀測(cè)的要素包括位置追蹤、表層海流流速、流向等[12].

2 溫鹽結(jié)構(gòu)

2.1 水團(tuán)特征

許建平等[13]曾利用2002—2005年的Argo浮標(biāo)資料對(duì)西北太平洋水團(tuán)性質(zhì)進(jìn)行分析,得出部分水團(tuán)的性質(zhì),如表1所示.基于MVP觀測(cè)數(shù)據(jù)(深度范圍0～450 m),繪制CE2渦旋的溫-鹽圖并進(jìn)行水團(tuán)分析(圖2),所觀測(cè)到的水團(tuán)包含NPSSW和NPSTW,并包含小部分NPIW的性質(zhì).

表1 西北太平洋部分水團(tuán)性質(zhì)[13]

圖2 基于MVP拖曳觀測(cè)的CE2渦旋溫-鹽圖Fig.2 Temperature-salinity diagram of the eddy CE2 based on MVP towed measurement

2.2 三維結(jié)構(gòu)

利用MVP觀測(cè)數(shù)據(jù)分析CE2渦旋的三維結(jié)構(gòu).航次期間共對(duì)CE2渦旋進(jìn)行5個(gè)緯向斷面的拖曳觀測(cè),從南到北分別標(biāo)記為斷面①～⑤.

CE2渦旋的溫度與鹽度大面分布在各深度均能較好對(duì)應(yīng).在表層,觀測(cè)數(shù)據(jù)符合氣旋渦低溫高鹽的特征;由表及深,渦旋范圍內(nèi)的溫度持續(xù)降低,鹽度先升高后降低,最高鹽度分布在150～250 m深度范圍內(nèi),大致為NPSSW控制區(qū).根據(jù)各水層的溫度與鹽度值可計(jì)算出CE2渦旋在各深度的密度大面分布,據(jù)此繪制CE2渦旋的溫度、鹽度、密度三維結(jié)構(gòu)示意圖(圖3).CE2渦旋形狀在表層呈長(zhǎng)軸方向?yàn)槲鞅薄獤|南的橢圓,在各深度能將溫度、鹽度、密度變化梯度較大的范圍包裹住,且與海表SLA為0 m的等值線形狀范圍較相似的等值線用白色標(biāo)注.從等值線的范圍變化來(lái)看,隨著深度增大,渦旋影響的范圍顯著減小;到300 m層,等值線不能保持與表層相似的形狀和范圍,朝渦旋偏北側(cè)收縮;到400 m層,等值線圍成的封閉區(qū)域范圍很小,因此判斷CE2渦旋最大影響深度應(yīng)在400 m左右.

圖中白色等值線(除海表為SLA分布外)對(duì)應(yīng)的數(shù)值標(biāo)注在對(duì)應(yīng)深度下方的括號(hào)中.圖3 CE2渦旋溫度(a)、鹽度(b)和密度(c)的三維結(jié)構(gòu)Fig.3 Three-dimensional structure of temperature (a),salinity (b) and density (c) of the eddy CE2

3 渦旋的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

3.1 渦旋的演變

航次觀測(cè)僅能捕捉到CE2渦旋短暫的一個(gè)發(fā)展階段,借助衛(wèi)星高度計(jì)資料則可以追蹤C(jī)E2渦旋完整的傳播軌跡與演變過(guò)程(圖4).以渦旋內(nèi)SLA最低點(diǎn)作為渦旋中心,得到3月3日CE2渦旋形成于131° E,18.9° N附近,隨后一路向西傳播,6月6日最終消散于黑潮流軸附近(124° E,18.9° N).

以包圍渦旋中心的SLA最外圈閉合等值線表示渦旋影響的水平范圍,可以看到渦旋面積的變化:3月3日至3月22日渦旋面積明顯增大;3月22日、4月10日、4月29日3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的渦旋面積接近;5月18日的渦旋面積明顯大于其余時(shí)間點(diǎn);發(fā)展到6月6日,渦旋面積基本歸零.

以渦旋中心的SLA大小指征渦旋強(qiáng)度,得到渦旋在整個(gè)演變過(guò)程的強(qiáng)度變化(圖5),即SLA絕對(duì)值越大渦旋越強(qiáng),反之渦旋越弱.CE2渦旋在傳播過(guò)程中經(jīng)歷了增強(qiáng)(3月3日至3月21日)、穩(wěn)定(3月21日至4月6日)、衰退(4月6日至4月19日)、再增強(qiáng)(4月19日至5月5日)、最終衰退至消散(SLA趨于0)的階段,SLA較大的時(shí)間與其渦旋面積較大的時(shí)間基本對(duì)應(yīng).在航次觀測(cè)數(shù)據(jù)覆蓋的時(shí)間段(3月27日至4月1日),CE2渦旋處于第一次增強(qiáng)后較穩(wěn)定的階段,渦旋中心SLA的值約-0.12 m.傳播過(guò)程中CE2渦旋經(jīng)歷了二次增強(qiáng)與減弱等較復(fù)雜的演變過(guò)程,這很可能是STCC區(qū)活躍的渦旋活動(dòng)導(dǎo)致CE2渦旋在傳播過(guò)程中受到明顯的渦-渦相互作用.

圖5 CE2渦旋中心SLA隨時(shí)間的變化Fig.5 Time variation of SLA at the center of the eddy CE2

3.2 流速分布

根據(jù)ADCP38k的數(shù)據(jù)對(duì)CE2渦旋的實(shí)測(cè)流速分布進(jìn)行分析:在深度≤200 m的水層,CE2渦旋各斷面的實(shí)測(cè)速度矢量呈現(xiàn)清晰的逆時(shí)針?lè)植?沿渦旋邊緣的切向流速隨著深度的增加有所減少,由50 m層的0.6 m/s減少到200 m層的0.4 m/s(圖6).在深度≤100 m的水層,斷面②東側(cè)海流呈偏東北方向;到200 m層,斷面②東側(cè)海流變?yōu)槠鞅狈较?且斷面①東側(cè)的北向流已不明顯,可以看出由流速矢量構(gòu)成的橢圓半徑隨著深度的增大而不斷收縮.在深度>200 m的水層,斷面④和⑤仍如淺層類似存在速度的南、北流向分界,但其他幾個(gè)斷面的流速矢量已難以看出明確的南、北流向分界點(diǎn),流速矢量橢圓的中心向渦旋北側(cè)偏移.

圖6 CE2渦旋不同深度實(shí)測(cè)流速矢量的平面分布Fig.6 Distributions of observed velocity vectors around the eddy CE2 at different depths

4 渦旋的亞中尺度特征

4.1 熱成風(fēng)關(guān)系的尺度依賴性

選取穿過(guò)渦旋中心的斷面③進(jìn)行研究.數(shù)據(jù)的垂向間隔均插值為0.5 m,首先計(jì)算ADCP測(cè)得的經(jīng)向流速垂向剪切,再由MVP測(cè)得的緯向溫鹽斷面根據(jù)熱成風(fēng)關(guān)系診斷得到經(jīng)向流速垂向剪切,比較二者在不同空間尺度下的結(jié)果.圖7中黑色虛線表示流速嚴(yán)格遵循熱成風(fēng)關(guān)系,隨著尺度增大,灰色散點(diǎn)逐漸向中心黑色虛線集中,基于散點(diǎn)線性擬合得到的紅色虛線與黑色虛線之間的角度(以下表示為∠α)逐漸減小.原始數(shù)據(jù)的結(jié)果與10 km低通濾波后的結(jié)果相比,∠α變化不大,而低通濾波的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)從10 km增大到50 km,再增大到100 km后,∠α變化較明顯;隨著低通濾波尺度增大,∠α幾乎每次減小為前一濾波尺度的50%.實(shí)測(cè)流速滿足熱成風(fēng)關(guān)系的程度具有明顯的尺度依賴性,即大、中尺度的實(shí)際流速更符合熱成風(fēng)關(guān)系,與預(yù)期相符.

(a)原始流速;(b)10 km低通濾波;(c)50 km低通濾波;(d)100 km低通濾波.灰點(diǎn)表示所有樣本,按橫坐標(biāo)從小到大排序;每5 000個(gè)點(diǎn)求平均用紅色圓點(diǎn)表示,對(duì)紅色圓點(diǎn)進(jìn)行線性擬合呈現(xiàn)為紅色虛線;黑色虛線表示橫、縱坐標(biāo)對(duì)角線.圖7 不同尺度下CE2渦旋斷面③實(shí)測(cè)流速滿足熱成風(fēng)關(guān)系的程度Fig.7 Validity of thermal wind relation for observed velocities across section ③ of the eddy CE2 at different scales

4.2 水平動(dòng)能波數(shù)譜分析

水平動(dòng)能波數(shù)譜通常被用于分析海水運(yùn)動(dòng)在不同尺度范圍內(nèi)的活躍程度.基于ADCP300k實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)渦旋邊緣與渦旋中心的動(dòng)能譜進(jìn)行比較,研究過(guò)程中將10 km及以上尺度視為中尺度,10 km以下視為亞中尺度.

圖8(a)中黑線所示的中尺度動(dòng)能在128.4°,128.9°,129.7°,130.1° E附近存在峰值,說(shuō)明中尺度運(yùn)動(dòng)在這些區(qū)域活躍;粉線所示的亞中尺度動(dòng)能分布在128.7° E附近呈最高峰值,在128.0°與130.1° E附近也存在較高的峰值.在129.4° E附近,中尺度動(dòng)能分布值較低,甚至趨近于零,亞中尺度動(dòng)能也同樣呈現(xiàn)低值.結(jié)合衛(wèi)星高度計(jì)結(jié)果[圖8(b)],在斷面③的動(dòng)能譜分析中,取129.1°～129.6° E為渦旋中心,128.6°～129.1° E為渦旋西側(cè)邊緣,129.6°～130.1° E為渦旋東側(cè)邊緣.

(a)垂向平均動(dòng)能分布其中u為緯向速度,為垂向平均緯向速度,為垂向平均經(jīng)向速度,E為垂向平均動(dòng)能);(b)區(qū)域劃分結(jié)果.圖中所示動(dòng)能為9.7～69.7 m的垂向平均;(a)頂部粗線表示渦旋分區(qū).圖8 CE2渦旋斷面③邊緣、中心區(qū)的垂向平均動(dòng)能分布Fig.8 Depth-averaged kinetic energy distributions at periphery and core zones of the eddy CE2 along section ③

由動(dòng)能波數(shù)譜結(jié)果(圖9)可見,在大于10 km尺度范圍,渦旋中心動(dòng)能波數(shù)譜斜率接近k-2,而渦旋邊緣動(dòng)能波數(shù)譜斜率則接近k-3;在1～10 km尺度范圍內(nèi),隨著尺度的減小,渦旋中心動(dòng)能波數(shù)譜偏離k-2向上偏移,而渦旋邊緣譜逐漸靠近k-2,在較小的尺度范圍內(nèi)同樣位于k-2上方,邊緣的譜斜率比中心的譜斜率更平緩;在約1 km尺度范圍內(nèi),3條動(dòng)能波數(shù)譜斜率相似.

圖9 CE2渦旋斷面③的水平動(dòng)能波數(shù)譜Fig.9 Wavenumber spectra of horizontal kinetic energy for the eddy CE2 along section ③

前人基于觀測(cè)數(shù)據(jù)或模式結(jié)果均指出渦旋邊緣亞中尺度過(guò)程比渦旋中心更活躍,渦旋中心動(dòng)能波數(shù)譜斜率接近k-3,而渦旋邊緣動(dòng)能波數(shù)譜斜率接近k-2[8-9].但本研究的動(dòng)能波數(shù)譜分析結(jié)果顯示渦旋中心的動(dòng)能譜量值大于渦旋邊緣,表明渦旋中心的亞中尺度動(dòng)能方差比渦旋邊緣大,與前人研究結(jié)果有所不同.為此針對(duì)CE2渦旋尺度為10 km的動(dòng)能分布結(jié)果進(jìn)行探究,以驗(yàn)證上述研究過(guò)程的準(zhǔn)確性.

CE2渦旋邊緣的原始動(dòng)能高于渦旋中心[圖10(a)],但在10 km尺度上,渦旋中心的動(dòng)能更大,變化幅度也更大[圖10(b)],即CE2渦旋中心的原始總動(dòng)能比邊緣的小,但渦旋中心動(dòng)能在亞中尺度范圍內(nèi)的活躍程度與渦旋邊緣相似甚至更強(qiáng),與動(dòng)能譜分析結(jié)果一致.這確實(shí)與大多數(shù)基于高分辨率數(shù)值模擬結(jié)果得到的結(jié)論不同,但對(duì)于觀測(cè)的CE2渦旋來(lái)說(shuō),基于該航次數(shù)據(jù)的另一項(xiàng)研究[14]可以證實(shí),有一個(gè)渦絲入侵到該渦旋的核心區(qū),造成渦旋中心存在較大的密度梯度(診斷發(fā)現(xiàn)渦旋中心鋒生函數(shù)的量值較大),導(dǎo)致渦旋中心存在活躍的亞中尺度活動(dòng).

(a)原始;(b)10 km尺度(8～12 km低通濾波).圖10 CE2渦旋斷面③的動(dòng)能分布Fig.10 Distribution of kinetic energy for the eddy CE2 along section ③

上述動(dòng)能譜結(jié)果也表明,描述真實(shí)海洋中的中尺度渦及與其相關(guān)的亞中尺度過(guò)程不能簡(jiǎn)單地建立“渦中心-渦邊緣”的框架進(jìn)行分析,而應(yīng)基于更具動(dòng)力學(xué)意義的診斷量(如鋒生函數(shù))進(jìn)行渦旋范圍內(nèi)的中尺度-亞中尺度過(guò)程分析.

4.3 渦旋的邊緣“泄漏”現(xiàn)象

前人研究認(rèn)為中尺度渦由于非線性作用可以攜帶水體進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸[15],近年來(lái)隨著觀測(cè)和數(shù)值模擬分辨率的提高,亞中尺度過(guò)程及其效應(yīng)逐步被解析.有研究發(fā)現(xiàn),中尺度渦在向西移動(dòng)過(guò)程中伴隨明顯的水體“泄漏”,可能受到渦旋邊緣活躍的亞中尺度過(guò)程的影響[16];也有研究將此“泄漏”現(xiàn)象歸因于中尺度渦的離心率[17],但目前還缺乏明確的觀測(cè)證據(jù).KK1902航次有12個(gè)表層漂流浮標(biāo)被投放在CE2渦旋范圍內(nèi),可用于渦旋物質(zhì)輸運(yùn)與水體攜帶能力的研究.

如圖11所示:在投放初期(約一周內(nèi)),漂流浮標(biāo)還能大致跟隨著渦旋背景環(huán)流圍繞CE2渦旋中心移動(dòng),但這種準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)并不能維持很久.對(duì)于西側(cè)的反氣旋渦或是東側(cè)的CE2渦旋,沒有一個(gè)漂流浮標(biāo)能繞著渦旋中心完成一個(gè)完整的繞圈運(yùn)動(dòng),絕大多數(shù)漂流浮標(biāo)繞渦旋中心移動(dòng)不到半個(gè)圓周便被“甩出”既定的等高線.這些漂流浮標(biāo)軌跡從觀測(cè)上證實(shí)了中尺度渦在西傳過(guò)程中,渦旋范圍內(nèi)的水體存在明顯的“泄漏”,這可能會(huì)影響前人基于渦旋是封閉水體這一假設(shè)估算的渦致水體輸運(yùn)結(jié)果[15].

(a)3月17日;(b)3月20日;(c)3月23日;(d)3月26日;(e)3月29日;(f)4月1日;(g)4月4日;(h)4月7日;(i)4月10日.底圖為對(duì)應(yīng)標(biāo)示日期的SLA分布,綠點(diǎn)表示漂流浮標(biāo)初始投放位置,淺灰色線表示歷史軌跡,黑線表示對(duì)應(yīng)標(biāo)示日期近3 d的軌跡.圖11 CE2渦旋的內(nèi)漂流浮標(biāo)軌跡Fig.11 Trajectories of internal drifters around the eddy CE2

水平拉伸率由衛(wèi)星高度計(jì)地轉(zhuǎn)流計(jì)算得到,結(jié)果表明CE2渦旋附近的水平拉伸率為負(fù),CE2渦旋與其西側(cè)反氣旋渦中間區(qū)域的南、北側(cè)水平拉伸率為正且幅值較大(圖12).隨著渦旋的向西移動(dòng),水平拉伸率的幅值大小有所變化,但總體分布無(wú)太大變化.大部分漂流浮標(biāo)的軌跡在CE2渦旋區(qū)域內(nèi)均比較光滑,而在CE2渦旋與西側(cè)反氣旋渦之間偏南側(cè)的高拉伸區(qū)則呈現(xiàn)部分卷曲狀,可能是受該區(qū)域活躍的亞中尺度活動(dòng)影響所致.

5 結(jié)論與討論

本研究使用KK1902航次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與衛(wèi)星高度計(jì)資料重點(diǎn)分析了位于西太平洋STCC區(qū)的氣旋渦CE2,研究其三維結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與亞中尺度特征,得到如下結(jié)論:CE2渦旋的溫鹽分布表現(xiàn)出典型的氣旋式渦旋結(jié)構(gòu),渦旋最大影響深度約400 m,航次觀測(cè)期間CE2渦旋處于第一次增強(qiáng)后的穩(wěn)定階段.CE2渦旋的實(shí)測(cè)流速滿足熱成風(fēng)關(guān)系的程度具有較明顯的尺度依賴性,大、中尺度流速更符合熱成風(fēng)關(guān)系,而亞中尺度及更小尺度范圍內(nèi)流速則因受非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響更偏離熱成風(fēng)關(guān)系.動(dòng)能波數(shù)譜分析結(jié)果表明,CE2渦旋中心與邊緣的亞中尺度運(yùn)動(dòng)均較活躍.漂流浮標(biāo)的結(jié)果表明中尺度渦內(nèi)表層水體在進(jìn)行長(zhǎng)距離輸運(yùn)的過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生“泄漏”,中尺度渦裹挾物質(zhì)進(jìn)行輸運(yùn)的能力可能比原估計(jì)的更弱.

本研究以大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析,但也受到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的諸多限制,如在三維結(jié)構(gòu)研究中未能體現(xiàn)渦旋的全水深結(jié)構(gòu),動(dòng)能波數(shù)譜分析受限于觀測(cè)斷面長(zhǎng)度等.前人普遍將20 km尺度作為亞中尺度與中尺度運(yùn)動(dòng)的分界,且中尺度運(yùn)動(dòng)的定義能達(dá)到100 km的量級(jí),因此對(duì)亞中尺度動(dòng)能波數(shù)譜斜率的觀察還有待完善.實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)雖具有較大局限性,但在海洋研究中卻不可缺少.由于本研究結(jié)論基于特定渦旋的實(shí)測(cè)資料分析而得,其普適性仍有待后續(xù)更多觀測(cè)資料的驗(yàn)證.