黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析

第41卷 第5期

海 洋 学 报

HaianuebaoygX

,Vol.41No.5

Ma019y2

4193.2019.05.005

],():,:/丁雅楠,靖春生,邱云.黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析[海洋学报,J.201941547-58doi10.3969i.ssn.0253-j

’,,[]DinananJinhunshenQiuYun.Temoralandsatialcharacteristicsofpinch-offrinsintheKuroshioExtensionreionJ.gYgCgppgg,,():,:/Haianuebao201941547-58doi10.3969i.ssn.0253-4193.2019.05.005ygXj

黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析

丁雅楠1,靖春生1*,邱云1

()自然资源部第三海洋研究所,福建厦门31.61005

摘要:本文利用1统计分析了从黑潮延伸体流轴脱落涡旋993-2015年AVISO卫星高度计融合数据,的空间分布特征、运动属性以及季节、年际和类年代际变化。研究结果表明,23年间共追踪到242个气旋涡,脱落的涡旋主要分布在沙茨基海隆以西区域。从脱落涡旋的源地空间分布276个反气旋涡,来看,气旋涡的形成区域有两个高值区,一个位于黑潮延伸体流轴稳定弯曲处,即144°~146°E之间的上游区域;另一个位于沙茨基海隆西侧1一个位于56°E处。而反气旋涡的形成区域也有两个高值区,沙茨基海隆以西的下游区域,另一个位于1其48°E处。这些在上游和下游脱落的涡旋大多向西移动,上下游区域,类年代际和年际变化分别占主导地位。并且在上游区域,脱落涡旋的类年代际变化与黑潮延伸体的强度呈负相关。在季节变化上,夏季脱落形成的涡旋最多,冬季最少。关键词:黑潮延伸体;脱落涡旋;时空特征;季节变化;年际和类年代际变化

中图分类号:P731.27

文献标志码:A

()文章编号:0253-4193201905-0047-12

中有88%的涡旋再次被流轴吸收。脱落涡旋的数量显示出了明显的年际和类年代际变化。在流轴的

1 引言

洋西边界流在35°N,140°E附近与日本海岸分离以后进入北太平洋的水体,该水体向东流动,具有惯性射)。黑潮延伸体区域、墨西哥湾流以及南极绕极流区1

]3

。这些强中域,是世界海洋中涡旋动能最大的地区[

]4-6

。作为西部从而对海洋生态环境产生重要影响[

]1-2

,(流的性质,表现为“蛇形”并不断有涡旋脱落[图

))区(的共同特征,AulhasCurrentreionsKE区域强gg烈的涡旋活动主要是由于流轴不稳定性以及从其流

[]

轴上脱落的涡旋。据O这些因不稳定lson7的定义,

,黑潮延伸体(是指太平KuroshioExtensionKE)

”,机制从K即E流轴上脱落下来的涡旋可称为“rinsg”形成环形的强的海洋环流。这些“的形成是本rinsg文研究的重点。

从KE流轴脱落的涡旋携带着其源头的各项特

性,可移动上百,甚至上千千米,生命史可长达数月甚至数年。与波动不同,这类涡旋不仅传送能量,而且传送质量及水团性质,并且在涡旋移动过程中向外辐射波动能量。与此同时,这些涡旋可以带走流轴的能量并且减小其位涡梯度,还可能通过动量通量的辐合

尺度涡的存在不仅对海洋的温盐结构产生直接影响,而且对海洋的能量输送、物质输运等有很大的作用,边界流区(如墨西哥湾流(和阿古拉流地GulfStream)

;。收稿日期:修订日期:2018-05-162018-07-17

);,);基金项目:国家重点研发计划(全球变化与海气相互作用专项项目(国家海洋局第三海洋2016YFC1402607GASI-IPOVAI-02GASI-IPOVAI-03,)。研究所基本科研业务费专项资金资助(海三科2海三科2018001017012

—),:作者简介:丁雅楠(女,甘肃省兰州市人,主要研究海洋环流及中尺度过程。E1994-maildeardinn@163.comg

—),:靖春生(男,研究员,河北省海兴县人,主要研究海洋环流及海洋中尺度过程。E*通信作者:1974-mailincs@tio.or.cnjgg

48

]8

。从K使流轴强度增强[E流轴上脱落下来的涡旋]11

等[研究发现脱落的暖涡携带了大量的北太平洋模[2]态水;根据卫星高度数据和A阐明Qiu等1ro数据,g]9-10

。Y以及它的重要性已经被科学家所关注[asuda

海洋学报 41卷

了脱落的气旋涡对北太平洋副热带模式水性质变化

[3]

的重大影响;指出在KSuimoto和Hanawa1E上游g

在Kerature,SST)E流轴北侧有变暖的趋势。p

区域有脱落的涡旋时,海表面温度(SeaSurfaceTem-

,)Fi.1 Climatoloicalabsolutednamictoorahcontourcm)andgeorahcolorofresearchreionggypgpy(gpy(g

Thecontourintervalis10cm,andtheblackcontourindicatetheKEjetaxis.IRandSRdenotetheIzuRideandg

,theShatskiseresectivelyRpy

等值线的间隔是1黑色等值线代表K0cm,E流轴。IR和SR分别代表伊豆海岭和沙茨基海隆

图1等值线,和海底地形(填色, 研究区域的气候态动力地形(cm)m)

随着卫星遥感技术的发展和卫星高度计 近年来,

数据的积累,高精度、长时间序列的海洋遥感资料使我们对海洋涡旋有了更全面的认识。但是,之前的研

]14-16“。这很大程度上是蛇形”以及其他的中尺度涡[

外,我们还将讨论从KE流轴脱落而形成的涡旋的季节变化。

究并没有很好地区分出KE区域从流轴脱落的涡旋、因为它们较难区分,但实际上它们存在较大差异。相

][]17-1819比于弱的涡旋[和“蛇形”涡旋,从流轴脱落的

2 数据与方法

2.1 数据

本文采用的卫星测高资料为法国空间局AVISO

强涡旋总是倾向于将水团锁在内部。“蛇形”和脱落涡旋的传播趋势和相应的上升流结构也是不同

][1]19-20

。S的[提出了一种利用Kasaki和Minobe2E流

(,VArchivinalidationandInterretationofSatellitegp

)/下SOceanorahicdataSALTODUACS系统发布的gp/P(/、/、/融合了ToexoseidonTP)Janson-12ERS-12p等多颗测高卫星得到的格点化动力地形资料,时间跨,度为1时间分辨率为1d993年1月至2015年12月,

。绝对动力地形(空间分辨率为0.25°×0.25°Absolute

轴长度的减少来追踪脱落涡旋的方法,结果表明脱落的气旋涡(冷中心)多形成于黑潮延伸体流轴稳定弯曲处,即1脱43°~147°E之间的上游区域。与之相反,落的反气旋涡(暖中心)多形成于沙茨基海隆以西的下游区域。然而,这种方法由于将KE流轴仅仅认为是一条流线,从而忽略了从流轴的其他分支上所脱落的涡旋。

[2-2]4

,KE的强度有年代际时间尺度的变化2Qiu

[5]

和C表明K稳定状态)和弱(不稳hen2E流轴的强(

之和。相比SorahT)LA数据,ADT能保pgpy,MD

留长时间尺度定常流影响的海平面高度信号,对于脱落涡旋的识别更加直观。

2.2 方法

本文结合SLA和ADT两种数据绘制出逐日等值线以及流场图,观察K人E区域涡旋脱落的过程,工记录涡旋脱落的时间,再对这些涡旋进行识别与追2.2.1 脱落涡旋探测方法

涡旋普遍存在于世界海洋之中,其最直观的表现

]26

。踪,得到脱落涡旋的中心位置、迁移轨迹等信息[

为海平面异常(DnamicToorahADT)SeaLevelypgpy,

,与平均动力地形(AnomalSLA)MeanDnamicTo-yy

定状态)与KE区域涡旋活动的强度相反。我们也将讨论脱落涡旋形成的年际到类年代际变化与KE状态之间的联系。本文利用A更全面VISO卫星数据,地统计了从K并对其空间分E流轴脱落下来的涡旋,布、半径、数量、寿命和振幅等特征进行讨论。除此之

黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析5期 丁雅楠等:49

为闭合的海平面高度异常等值线。多种研究结果表)方法具有更高的涡旋识别准确率和更低的误判leg

率。由于KE区域脱落涡旋的特殊性和难以准确判

]27

,明[与其他涡旋识别方法相比,WA(Windin-An-g

气旋涡(反气旋涡)我ADT等值线完全与KE脱离,们便认为该涡旋从KE流轴脱落。由于卫星资料时周。涡旋的生命周期定义为其脱落与消亡时间之间的持续时间。涡旋消亡以及再次被流轴吸收的条件即不满足辨认条件。至此,计算并记录了KE区域全部脱落涡旋的中心位置、迁移轨迹、振幅、半径等信息。

图2a至图2f分别为位于32°N,154°E的气旋涡,间分辨率所限,要求涡旋从开始到结束至少持续2

定其脱落过程,本文选择参照WA方法进行人工统

。计。首先,在A反气旋涡)DT图中识别出气旋涡(基于海平面高度异常闭合等值线的几何算法理论,参

[8]

考C识别标准以及涡旋速度场特helton等1]7,28-29

,征[同时考虑到高度计的观测误差和AVISO

融合产品的分辨率[30-31

],KE区域涡旋的辨认条件如下:

(1)ADT等值线闭合,

气旋涡(反气旋涡)内所有网格点的AD大于)边界值,且区域内(大T数值均小于(有局地最小)值存在;

(2)涡旋直径不小于100km;

于10(3

cm)涡旋中心和最外层闭合等值线的高度差不小;

中心(。

4

)在选定区域内找到速度最小点近似为涡旋涡旋中心一旦确定,就可以对涡旋的边界进行计算。确定涡旋中心后,求中心点局域范围内的流函数,判定最外的封闭流线为涡旋的边界。边界上的点到涡旋中心点的平均距离定义为涡旋的半径大小。涡旋的幅度(振幅,界边界A|DT差值的绝对值:AMAM=|)定义A为DT涡中旋心中-A心和D边T

一般而言。

,涡旋变化的强弱可以采用涡动能(,)的大小及空间分布来表示Ed-

涡动能计算公式如下yKineticEnergy

EK:

E,EKE=

1式中,u'2

(u'2+v'2

),(1

)其中u',,v'分别为纬向地转流和经向地转流的异常,v'表示为:

u'=-gæfç

è∂gæ∂hy'ö÷ø

,(2

)v'=fçè∂h'ö÷,()式中,h'为海平面高度异常;g∂xø3

是重力加速度;f是科氏参数;x和y分别是水平和垂直方向的距离。

.2.2 脱落涡旋追踪方法

满足以上条件的涡旋识别出来之后,可以根据逐日ADT和SLA等值线以及流场图像,在时间上连续地对其进行追踪,观察KE区域涡旋脱落的过程。若于脱落200且5年最9月终被1再6日至吸收2的00具6年体1月示例2。3日从如图K1E流轴

所示,

0cmAyDT等值线长期位于加粗黑线位置或附近,

且值最大,

∂h/∂故选用此等值线作为KE流轴。脱落涡旋特征分析

本部分对研究区域(993年1月至2015年28°~42°N,130°E~180°

)在,结果显示12月从,KE流轴脱落下来的

涡旋进行了统计和反气旋涡数量分别为涡旋的属性进行统计分析2422和3年间共追踪到气旋涡。

276。接下来针对这些.1 脱落涡旋属性

图3a至图。气旋涡(3冷中心c给出)K多出现在E区域脱落涡旋的源地空间分布涡(暖中心)多出现在KE南侧,而反气旋3a来看,14K5°E流轴北侧。从全部涡旋脱落源地(图)E和150°E附近流轴的稳定弯曲处和沙茨基海隆以西的值区,图中红框区域脱落涡旋数量占总数KE流轴下游区域是高一步观察发现,气旋涡(图弯曲处。这与Nakano等43°c3

~)59%。进]

研究表明的冷涡更频繁1更容易从46°E附近流轴的稳定

KE流轴的上游区域脱落,特别是在14[2的在此区域形成的结论一致。而气旋涡源地的另一高值区位于沙茨基海隆西侧156°图中红框区高发区位于图中可以看出,反气旋涡更容易从沙茨基海隆以西的

3b的红框区域1%。E附近,域脱落涡旋数量占总数5,占总数的反气旋涡5(8暖中心%。从图)的KE流轴下游区域脱落(图;而另一高值区位于3b),有沙茨基海隆对脱落涡旋的形成起着至关重要的作用1418/°4的反气旋涡在

此区域形成E处。结果表明。

与之相一致的是,过去的数值实验表明沙茨基海隆由于阻挡作用造成了[3-35

][利用大洋环流模KE流轴的大弯曲3等36

]式表明在沙茨基海隆附。F近uj

从

iiKE流轴上脱落下来的涡旋在北太平洋水运输中起着重要的作用。

3913d250海洋学报 41卷

图2于2 位于32°N,154°E的气旋涡,005年9月16日至2006年1月23日从KE流轴脱落的具体示例)Fi.2 AnexamleofacclonicrinhedfromtheKuroshioExtension(KEetat32°N,154°Efrom16gpygsj

黑色等值线为Ka-f为脱落涡旋的生命过程;E流轴和脱落涡旋

,,Setember2005to23Januar2006py

;a-fdenotethelifeprocessofcclonicrintheblackcontourindicatesthepathoftheKEjetaxisandthepinched-offrinygg

图3d至图3f给出脱落涡旋被KE流轴再吸收位

]37

。总体来看,置的空间分布[脱落涡旋被主轴再吸收位置的高值区位于沙茨基海隆以西的红框区域(图),占总数的6在上游和下游各有一高值区,分3d3%,

别位于143°E和154°E。气旋涡在KE流轴上游区域),更容易被吸收(图3而反气旋涡多在沙茨基海隆以f),西的K图3均与其源地高E流轴下游区域被吸收(e流轴再吸收的脱落涡旋的位置均向西移动。这与脱。反气旋落涡旋大体向西移动的结论相一致(图略)

[]17

/。这个结论与M早年3.cmscwilliams和Flierl

间的理论结果相一致。

比。这是由于沙茨基海隆的阻挡作用以及KE流轴),反气旋涡和气旋涡的平均振幅分别为312cm和

此振幅值相比全球大洋中的典型中尺度涡是35cm,气旋涡振幅在340cm左右占比最多,5~45cm之间

的涡旋占总数的5反气旋涡占36%,9%。

与之相反,脱落涡旋的半径和生命周期与起始经),度无关。脱落涡旋的平均半径为9表1其8.6km(径比反气旋涡平均半径小,为92.4km。脱落的气旋涡(反气旋涡)半径在7处频率最大,随9km(98km)~134km之间的反气旋涡和气旋涡分别占总数的

而大于1反气旋涡85%和80%,34km的涡旋很少,和气旋涡分别占总数的11%和7%。

()。脱落脱落涡旋的平均生命周期为5表10.0d中反气旋涡的平均半径为1气旋涡的平均半03.9km,

]14,18

。脱落的气旋涡和反气旋涡的振幅均在较大的[

越向东强度越弱。脱落涡旋的平均振幅是3表4cm(

值区相对应。相比于脱落涡旋源地空间分布,被KE/涡和气旋涡向西移动的平均速度分别为3.52cms和

。脱落涡旋的振幅在沙项特征随经度的变化(图略)茨基海隆以西的上游区域基本无差别,大多保持在沙茨基海隆附近有轻微增大,数值在40cm左右;

但是由于两者之间差别在误差范围内,可42cm左右,以忽略不计;沙茨基海隆以东,振幅大小与经度成反

接下来,我们研究从KE流轴脱落下来的涡旋各

着半径的增加,涡旋个数逐渐减少。涡旋半径在68

涡旋生命周期小于3为2占到0d的个数最多,37个,了总数的4其中,气旋涡和反气旋涡的个数分别6%,

黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析5期 丁雅楠等:51

图3网格区域内脱落涡旋的源地空间分布(全部涡旋; KE区域1993年1月至2015年12月在1°×1°a.),))Fi.3 Asatialdistributionofthenumberofallrins(aanticclonic(bandcclonic(crinsformationsingpgyyg,,theKEreionfromJanuar1993toDecember2015averaedina1°latitudeb°lonitudebox.Andsatialgygy1gp),))distributionofthenumberofallrins(danticclonic(eandcclonic(frinsreabsortionbtheKEjetgyygpy

;’BlackcontourindicatestheclimatoloicalathoftheKEjetredboxindicatespinched-offrinshihfreuenceionsgpggqyrg

黑色等值线代表气候态K红框代表脱落涡旋高发区E流轴;

反气旋涡;气旋涡)以及被K全部涡旋;反气旋涡;气旋涡)b.c.E流轴再吸收涡旋位置的空间分布(d.e.f.

表1 1993-2015年从KE流轴脱落涡旋的各项特征统计Tab.1 StatisticsoftherinsshedfromtheKEjetfrom1993to2015g

数量/个

全部

全部涡旋反气旋涡气旋涡

518276242

再吸收457247210

/平均振幅cm

343235

/平均生命周期d

50.045.554.9

/平均半径km

98.6103.992.4

为1而涡旋生命周期大于102个和135个,80d的数量最少,仅为16个。同时涡旋生命周期在中短生命47%。几乎所有的脱落涡旋都在1年内消亡或者被只有一个反气旋涡在1KE流轴再吸收,45°E附近脱3.2 季节变化

为分析K图4和表E区域脱落涡旋的季节变化,。落,并且持续了将近500d

,周期,即3占到了总数的0~120d的数量为242

、、夏季(秋季(2给出了春季(3-5月)6-8月)9-11

、月)冬季(的涡旋个数变化。从图12月至翌年2月)中可以看到脱落涡旋的数量有明显的季节变化,夏季生成的涡旋最多,达到1春季次之,冬季生成的51个,涡旋最少,为1气旋涡生成最多的09个。与之类似,季节为夏季,达到7冬季最少,为4反气旋8个,4个;)。总体来说,个(表2KE区域脱落涡旋的季节变化涡生成最多的季节为夏季,有7冬季最少,为63个,5

52海洋学报 41卷

强的季节流速大,但涡旋动能为何在夏季增强,机制仍然不清楚。

表2 KE区域脱落涡旋个数的季节变化

Tab.2 TheseasonalvariationsoftherinsshedfromtheKEjetg

涡旋类型反气旋涡气旋涡

春季7170

夏季7378

秋季6750

冬季6544

Fi.4 Historamsoftheseasonalvariationsoftherinsggg

shedfromtheKEjet

图4 脱落涡旋的季节变化

特征是夏季多,冬季少。反气旋涡的季节变化较气旋涡明显得多,故脱落涡旋的季节变化主要是由于气旋涡数量变化引起的。之前的研究表明KE区域涡动

]38-39

。并且K能在夏季强冬季弱[日本以南E区域,

)。涡动能分图5KE区域23年季节平均涡旋动能(

析表明,脱落涡旋四季生成高发区与涡动能有较好的对应关系,涡动能的高值区一般对应着较强的涡旋活动。图5中脱落涡旋源地在EKE等值线为

22/包络线内的数量在夏季最多,高达8600cms3%;

[2]

提出KMizuno和White4E区域EKE季节变化可能

和从黑潮上游传播而来的扰动有关,该扰动到达KE

))存在较好的对应关系,利用公式(至公式(计算出13

为了看出KE区域脱落涡旋活动与涡动能是否

、的“蛇形”以及KKE处的黑潮流轴、E在159°E附近,分叉的位置(沙茨基海隆附近)均具有明显的夏季强

][1]40

。G冬季弱的季节变化特征[通过计reatbatch等4

在冬季、春季和秋季分别达到了77%、78%和66%。

算雷诺应力,发现KE区域季节变化尺度上动能的传输从涡旋指向平均流,因此,季节变化时间尺度上,涡旋活动的增强会导致K可解释为何EE流速增强,KE

后向东传,并在夏季信号最大,这可能是黑潮延伸体上游季节变化的触发机制。另外,再循环水的季节变

[3]

。化也可能是KE上游季节变化的原因4

)Fi.5 Thesatialdistributionofrinformationsandseasonalaveraededdineticenercontourgpggykgy(

22涡动能等值线。红点和蓝点分别代表反气旋和气旋/黑色等值线代表600cms

图5等值线)季节变化的空间分布合成图 KE区域脱落涡旋源地和季节平均涡动能(

ineachseasoninKEreiong

22/,Theblackcontourindicatethe600cmsEKEcontour.Redandbluecirclesdenoteanticclonicandcclonicrinsresectivelyygpy

3.3 年际和类年代际变化

—2图6a是1993015年在KE区域脱落涡旋的年

。从际个数。年际平均和标准差分别为22.5和3.5

图中可以看出,反气旋涡11997年共有26个涡旋(4

黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析5期 丁雅楠等:53

个,气旋涡1从K而22个)E流轴脱落,004年只有15。个(反气旋涡9个,气旋涡6个)

),()()图6上游区域(和下游区域(脱落涡旋的年际个数 从KE流轴全部区域(a140°~151°E)b152°~167°E)c),Fi.6 YearlumbersoftherinformationsinallKEreion(atheustreamKEreionfrom140°Etogynggpg

),)151°E(bandthedownstreamKEreionfrom152°Eto167°E(cg

但 虽然KE全部区域脱落涡旋数量变化不明显,

如果将K数量差异特E流轴区分为上游和下游区域,征就会更加清晰。总体来看,相比KE全部区域脱落涡旋的情况,上游区域涡旋数量的类年代际变化比年)。由于时间序列长度的限际变化更为明显(图6b制,无法明确证明其具有年代际特征,我们将这种类似年代际的变化称为类年代际变化,年代际的变化还有待更长时间序列的验证。进一步观察发现,2003

年和2并且在接下来的2004年均未有涡旋脱落,005年仅有2个涡旋脱落。而与之相反,1997年、1999年、2000年以及2006年、2008年脱落涡旋数量均超过1图0个。下游区域涡旋数量由年际变化占主导()。而26c2012年有多达22个涡旋脱落,000年只有5

个,其中脱落的气旋涡只有1个。

图7给出KE区域脱落涡旋数量异常多年份(和异常少年份(2012年,2006年)2003年,2004年)

54海洋学报 41卷

在脱落涡旋数ADT场合成图。两者对比可以看出,

),量异常多年份(图7路aKE流轴处于不稳定状态,径更复杂多变,且两个准静止弯曲轮廓模糊,上游区域南侧的再循环流区强度较弱,脱落涡旋高发区位于气旋涡更容144°E和150°E弯曲附近和再循环流区,

易在此区域脱落。另外,由于流轴向南偏移,并和沙茨基海隆的浅水区相遇易激发扰动,故在160°E附近脱落涡旋数量也较多。而在脱落涡旋数量异常少年),份(图7上游区域路径相bKE流轴处于稳定状态,对稳定,且两个准静止弯曲轮廓分明,故脱落涡旋数()转速度;为了进行E在每个经度处进行3OF分析,速度平均,再对其进行年平均得到年际序列。图8为第一模态的空间分布和时间系数,其解释方差贡献率为98.6%。这说明第一模态对应的时间系数对原场随时间的演变做出了较好的拟合,故对应的时间系数的变化可反应KE流轴的强弱。相关系数分析结果表明,第一模态的时间序列与KE区域上游脱落涡旋,),的数量呈负相关(图6图8即K弱)对应bbE的强(。其相关系数为上游区域脱落涡旋数量的少(多),通过了置信度为9-0.75%的显著性检验。从空间

量在此区域数量极少,高发区位于下游区域路径弯曲较大区域。

图年7)( a)和异常少年份KE区域脱落涡旋数量异常多年份((2003年,2004年)(b)AD2T00场合成图

6年,2012F(i2g00.73 ,2T0h0ea4)(bnboo)rfAnmuamlhDbTferugioefeldth(ce20ormi0pn6og,ssitf2emo0r1m2aa)(p

tionai)nKanEdsreg

miaolnl等值线分别为。红点和蓝点分别代表反气旋和气旋脱落位置

80~120cm,间隔10cm,加粗黑线代表90cm等值

线Thteerbvlaalcskalriene1s0incdmicawtieththteAhetDhiTcckolinnteosurdsenofot8e0s-th1e2900ccm.mcCoonnttoouurrsin.

-Redandbluecirclesdecyncoltoenitcherisnpgasti,arledsipsetcritibvuetliy

onofanticy

clonicand为了研究在上、下游区域脱落涡旋形成的年际和类年代际变化与KE状态的关系,研究了脱落涡旋的形成与KE流轴强度之间的关系。为此,采用经验正交函数(上的年平均表面绝对地转速度进行了分解EOF)分析方法,对140°E-180°沿K,E流轴线以考虑速度变化的空间结构。年平均表面绝对地转速度场制作方法如下:由于黑线位置或附近,且90c作为KE流轴,(1根据∂hm∂ADT等值线长期位于加粗/9y值最大,故选用此等值线流轴每天的位置;)(2)计算出对应位置的表面绝对地0cmADT等值线确定KE

分布(图中红框所示涡旋高发区相对应8a)来看,KE在沙茨基海隆以西相对较强,

与图3。

虽然上游区域脱落涡旋的形成与面速度呈负相关,但是相关分析并没有告诉我们导致KE流轴的表

这种现象的原因是什么。对这种负相关的一个可能的解释是涡旋的跨流轴的热量输送可以诱导或加速

K[4]

的数值实验表明,涡旋能减小E流轴的减弱。现KE区域上游涡旋动能KE流轴的位涡梯度Bush等4

脱落的。以往的研究[25]

发(的强度呈负相关,图9[45]是在EKE14)2的年代际变化和°~150°E内平均的

KE

KE作为纬度和时间的函数图像。从图中可以看出,值较大EKE在(即1K9E流轴弱且流幅经向分布相对宽的年份

96—2001年、2005—2009年和2013

—小01(4年),而当即年)。Y1a9n9g3—等1[49K5

9E流轴较强且流幅窄时,]5年,利用多尺度能量2002—2005年和-涡度分析20E0K9E值较

—(

M2S01-2VA)和基于MS-EVA的非线性不稳定性理论的时

变能量学诊断方法,研究了引起这种变化的物理机制。结果表明,EKE的年代际调整主要受背景流正压不稳定性的控制。在高度较弱,剧烈的“蛇形”有效E地KE状态下,尽管诱导了强正压能KE强量从

M成了KEK(MEea上游区域涡旋活动剧烈nKineticEngergy

)向EK。E的转移,从而造以前的研究[1,22]

有确凿的证据证明力异常通过向西传播的斜压KE对北太平洋中部产生的风应应。最近的几项研究[46-47

]显Ro示ssb太y波延迟数年的响平洋年代际震荡(荡Pa(c际变化的良好指标NifoicDrthPecaacdiafilOcGsycirl,eOlatio因为两种模式变化在过去的scnil,lPatDioOn)

,与北太平洋涡旋振NPGO)是KE年代年里是线性相关的。在下面,我们选择NPGO指数20

以研究[5]

manP辐合强迫GKOE的内在动力潜在因子4

在N处于正位相时,风应力负异常通过局部。从动力学上看SLA出现正异常。由风应力异常导致

Ek-

,E2E黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析5期 丁雅楠等:55

的S延迟了大约2年传播到KLA信号向西传播,E上

[]45

游从而导致海平面高度发生变化。Yang等研究

洋中部产生的风应力异常中等程度相关。综上所述,上游区域脱落涡旋的类年代际变化受上游EKE和北太平洋中部产生的风应力异常的调整。除此之外,以同样的方法研究了上游区域脱落涡旋和KE流轴纬度之间的关系,结果表明并没有统计显著性。

表明上游区域正压转换(与BarotroicTransfer,BT)p。上述结果表明,两年时相关系数为0引起K.45E上游区域年代际震荡的EKE调整的内部过程与北太平

负的N且当NPGO指数是正相关的,PGO提前BT

)))图8第一模态的空间分布(和时间系数( KE流轴的表面地转速度场经验正交分解(EOFab))Fi.8 Thesatialatterns(aandtimeseries(bofthefirstEmiricalOrthoonalFunctiongpppg

()mEOFodesofthesurfacegeostrohicvelocitftheKEjetaxispyo

/)图9填色图)以及向东的海表地转速度(黑色等值线,单位: 142°~150°E内平均的EKE时间和纬度分布(cms

)Fi.9 Time-latitudediaramoftheEKE(coloredshadinandeastwardsurfacegeostrohicvelocitgggpy

;粗黑线代表纬向地转速度u为0这两个时间序列均经过年际滑动平均低通滤波

(,:/)blackcontourunitcmsaveraedover142°Eto150°Eg

Thickblackcontoursdenoteug.Bothtimeseriesarelow-assfilteredwithayearlunnineanpyrgmeo=0

KE流轴在1992年底到1995年中,2002年初到2005年底和2在1010年到2012年底处于稳定状态,995年中到2001年底和2006年初到2009年处于不稳定)状态。K图9对应于上游区域脱落涡E的稳定状态(上游区域脱落涡旋数量的类年代际变化与KE流轴的稳定和不稳定状态有关。除此之外,上游区域脱落涡旋的类年代际变化还受到上游EKE和北太平洋中部风应力异常的。

),旋形成频率较低的时期(图6反之亦然。因此,bKE

][8]25-46(。Q不稳定)状态之间的联系[研究表明iu等4

上游区域脱落涡旋的类年代际数量变化和KE强度之间的关系表明脱落涡旋的形成与KE的稳定[]9

运用一种新的分析方法将原Lianobinson4g和R

始场分解成3个部分,研究了K研究结E的年际变化,

果表明,年际变化由流轴捕获的R且ossby波所,()和AKEKineticEnerPE(AvailablePotentialEner-gy),场,与此同时从年际变化尺度窗口获取A进而PEgy

。而更高的E转化成EKEKE值提供了更多的斜压不稳定给K有利于激发更多的涡生成。所以下E流轴,游区域脱落涡旋的年际变化可能与此有关。

存储了能量。在1涡旋可以驱动54°E以东的下游区域,

4 结果与讨论

本文利用1993-2015年AVISO卫星高度计融

56海洋学报 41卷

合数据,研究了从K并统计E流轴脱落的海洋涡旋,分析了该区域脱落涡旋的空间分布特征、运动属性以及季节、年际和年代际变化。研究结果表明:23年间主要分布在沙茨基海隆以西区域。KE区域脱落涡旋的源地空间分布表明,脱落的气旋涡(冷中心)的形成区域有两个高值区,一个位于黑潮延伸体流轴稳定弯曲处,即1另一个位于沙44°~146°E之间的上游区域;茨基海隆西侧1脱落的反气旋56°E处。而与之类似,涡(暖中心)的形成区域也有两个高值区,一个位于沙茨基隆以西的下游区域,另一个位于148°E处。这些在上游和下游脱落的涡旋大多向西移动,其中有88%的涡旋再次被流轴吸收。相比于脱落涡旋源地空间分布,被KE流轴再吸收的脱落涡旋的位置均向西移动,这与从KE流轴脱落的涡旋大多向西运动有关。脱落涡旋的平均振幅是3且在沙茨基海3.7cm,隆附近有轻微增大,但是由于两者之间差别在误差范围内,可以忽略不计;沙茨基海隆以东,振幅大小与经度成反比。而半径和生命周期则与起始经度无关。,脱落涡旋的平均生命周期为5几乎所有的脱落涡0d参考文献:

共追踪到2脱落的涡旋42个气旋涡,276个反气旋涡,

旋都在1年内消失或者被KE流轴再吸收。在季节变化上,夏季脱落形成的涡旋最多,冬季最少。涡动能分析表明,脱落涡旋四季生成高发区与涡动能有较

22

/包络线内的数量在夏季最多,高达8在冬cms3%;季、春季和秋季分别达到了77%、78%和66%。

好的对应关系。脱落涡旋源地在EKE等值线为600

脱落涡旋的数量显示出相当明显的年际变化和

类年代际变化。在K类年代际变化占E的上游区域,主导地位,并且与KE的稳定和不稳定状态有关。相关系数分析结果表明,年平均海表面地转速度第一模态的时间系数与KE区域上游脱落涡旋的数量呈负,相关,其相关系数为-通过了置信度为90.75%的显著性检验。即KE的稳定状态对应上游区域脱落涡旋形成频率较低的时期,反之亦然。除此之外,上游区域脱落涡旋的类年代际变化还受到上游EKE和北,尽管K剧烈的“蛇形”有效地诱导了强E强度较弱,正压能量从MK从而造成了KE向EKE的转移,E上主要受到流轴捕获的Rossby波的。

太平洋中部风应力异常的调整。在高EKE状态下,

游区域涡旋活动剧烈。而下游区域以年际变化为主,

[]:[]1 QiuB.KuroshioextensionvariabilitndforcinfthePacificdecadaloscillationsresonsesandpotentialfeedbackJ.JournalofPhsicalOcea-yagopy[]],():黑潮延伸体区域海洋涡旋研究进展[气候变化研究快报,2 张笑,贾英来,沈辉,等.J.2013211-8.

,():2013211-8.

,,():norah200333122465-2482.gpy

,,,[],ZhaniaoJiaYinlaiShenHuietal.ReviewonmesoscaleeddstudiesintheKuroshioextensionreionJ.ClimateChaneResearchLettersgXgygg

[][],,():3 WrtkiK,MaaardL,HaerJ.EddnerintheoceansJ.JournalofGeohsicalResearch1976811521-26.yggyegypy

[],,[],,():4 StammerD.OneddharacteristicseddtransortsandmeanflowproertiesJ.JournalofPhsicalOceanorah1998284727-739.ycyppygpy[],,,[]5 QiuBoChenShuimin.Edd-inducedheattransortinthesubtroicalNorthPacificfromAroTMIandaltimetreasurementsJ.Journalofgyppgym[],T6 AokiK,MinobeSanimotoY,etal.SouthwardeddeattransortoccurrinlonouthernflanksoftheKuroshioextensionandthegulfyhpgags[][],,():7 OlsonDB.RinsintheoceanJ.AnnualReviewofEarthandPlanetarciences1991191283-311.gyS

,,():Oceanorah20134381666-1690.gpy

/[],,():streamina110°globaloceangeneralcirculationmodelJ.JournalofPhsicalOceanorah201343919-1910.ygpy,,():PhsicalOceanorah2005354458-473.ygpy

[],,,,[]8 WatermanSHoskinsBJ.EddshaeorientationroaationandmeanflowfeedbackinwesternboundarcurrentetsJ.JournalofPhsicalypppgyjy[]—D9 KawamuraH,MizunoK,TobaY.Formationprocessofawarm-corerinintheKuroshio-Oashiofrontalzoneecember1981-October1982gy[]“”[]10 OkaE,SuaT,SukiaraC,etal.EddesolvinobservationofthenorthpacificsubtroicalmodewaterJ.JournalofPhsicalOceanora-ggyrgpyg[],—v[]11 YasudaIOkudaK,HiraiM.EvolutionofaKuroshiowarm-corerinariabilitfthehdrorahicstructureJ.DeeeaResearchPartA.gyoygppS[],,H12 QiuBoChenShuiminackerP.EffectofmesoscaleeddiesonsubtroicalmodewatervariabilitromtheKuroshioextensionsstemstudgpyfyy[],H:13 SuimotoSanawaK.RolesofSSTanomaliesonthewintertimeturbulentheatfluxesintheKuroshio-Oashioconfluencereioninfluencesofgyg[],[],,():14 CheltonDBSchlaxMG,SamelsonRM,etal.GlobalobservationsoflareoceaniceddiesJ.GeohsicalResearchLetters20073415gpy

L15606.

[],,():warmeddiesdetachedfromtheKuroshioextensionJ.JournalofClimate201124246551-6561.()[],,():KESSJ.JournalofPhsicalOceanorah2007374982-1000.ygpy,,():OceanorahicResearchPaers199239S1S131-S161.gpp,,():h2010414666-681.py

[],,(/):J.DeeeaResearchPartA.OceanorahicResearchPaers19863311121617-10.pSgpp

黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析5期 丁雅楠等:

[],,():heihtanomalJ.JournalofPhsicalOceanorah20104051018-1034.gyygpy

57

[],Y15 ItohSasudaI.Characteristicsofmesoscaleeddiesinthekuroshio-oashioextensionreiondetectedfromthedistributionoftheseasurfaceyg[],16 KouketsuSTomitaH,OkaE,etal.Theroleofmeso-scaleeddiesinmixedlaerdeeeninandmodewaterformationinthewesternNorthPa-ypg[],[],,():17 McwilliamsJC,FlierlGR.OntheevolutionofisolatednonlinearvorticesJ.JournalofPhsicalOceanorah1979991155-1182.ygpy

216.

[],,():cificJ.JournalofOceanorah201268163-77.gpy

[],[],,():18 CheltonDBSchlaxMG,SamelsonRM.GlobalobservationsofnonlinearmesoscaleeddiesJ.ProressinOceanorah2011912167-ggpy[][]:,,():19 Cushman-RoisinB.TraectoriesingulfstreammeandersJ.JournalofGeohsicalResearchOceans199398C22543-2554.jpy

,():200731658271021-1026.

[],/[],20 McGillicuddJrAndersonLA,BatesNR,etal.Eddwindinteractionsstimulateextraordinarid-oceanplanktonbloomsJ.ScienceyDJyym[][]21 SasakiYN,MinobeS.ClimatoloicalmeanfeaturesandinterannualtodecadalvariabilitfrinformationsintheKuroshioExtensionreionJ.gyogg[][]22 DeserC,AlexanderM,TimlinMS.Evidenceforawind-drivenintensificationoftheKuroshiocurrentextensionfromthe1970stothe1980sJ.[],,:[]23 TauchiBXieSPSchneiderN,etal.DecadalvariabilitftheKuroshioextensionobservationsandanedd-resolvinodelhindcastJ.gyoygm[],:[]24 SasakiYN,MinobeSSchneiderN.DecadalresonseoftheKuroshioextensionettoRossbavesobservationandthin-ettheorJ.Journalpjywjy[],,,[]25 QiuBoChenShuimin.VariabilitftheKuroshioextensionetrecirculationgreandmesoscaleeddiesondecadaltimescalesJ.Journalofgyojy[]],():吕宋海峡黑潮脱落涡旋的特征分析[海洋与湖沼,26 王鼎琦,方国洪,邱婷.J.2017484672-681.

,,():Sinica2017484672-681.

,,():PhsicalOceanorah200535112090-2103.ygpy,,():ofPhsicalOceanorah2013432442-456.ygpy,,():JournalofClimate2007203673-691.,,():JournalofClimate19991261697-1706.,,():JournalofOceanorah2015715499-509.gpy

,,[]WaniniFanuohonQiuTin.ThecharacteristicsofeddiessheddinfromKuroshiointheLuzonStraitJ.OceanoloiaetLimnoloiagDgqgGggggg

[]西北太平洋中尺度涡旋研究[青岛:中国科学院海洋研究所,27 杨光.D].2013.

,ences2013.

[:,Yanuan.AstudnthemesoscaleeddiesinthenorthwesternPacificOceanD].QindaoInsitudeofOceanoloChineseAcademfSci-gGgyoggyyo

[],,’[]28 DickeNencioliFKuwaharaVSetal.Phsicalandbio-oticalobservationsofoceanicccloneswestoftheislandofHawaiiJ.DeeeayTD,ypypS[]],():北太平洋中尺度涡季节和年际变化的统计分析[海洋科学进展,29 祖永灿,方越,高晓倩,等.J.2016342197-206.

[],,():sisJ.AdvanceinMarineScience2016342197-206.

,,(/):ResearchPartⅡ:ToicalStudiesinOceanorah20085510131195-1217.pgpy

,,,:ZuYoncanFanueGaoXiaoianetal.SeasonalandinterannualvariationofmesoscaleeddiesintheNorthPacificOceanastatisticalanal-ggYqy

[][]30 CheltonDB,SchlaxMG.TheaccuraciesofsmoothedseasurfaceheihtfieldsconstructedfromtandemsatellitealtimeterdatasetsJ.Journalofg[]],():基于1海洋学报,31 崔伟,王伟,马毅,等.993-2014年高度计数据的西北太平洋中尺度涡识别和特征分析[J.201739216-28.

[],,():timetrataJ.Haianuebao201739216-28.ydygX,():Atmosheric&OceanicTechnolo20032091276-1302.pgy,

,W,,CuiWeianeiMaYietal.IdentificationandanalsisofmesoscaleeddiesintheNorthwesternPacificOceanfrom1993-2014basedonal-gWy

[]32 NakanoH,TsuinoH,SakamotoK.Tracertransortincold-corerinsinchedofffromtheKuroshioExtensioninanedd-resolvinoceangener-jpgpyg[],[]33 ChaoSY.Zonaletsovertoorahnabeta-lanewithalicationstotheKuroshioextensionovertheshatskriseJ.JournalofPhsicalO-jpgpyopppyy[][]:O,,34 HurlburtHE,MetzerEJ.BifurcationoftheKuroshioextensionattheshatskiseJ.JournalofGeohsicalResearchceans1998103gyrpy[]35 NishihamaY,IkedaM.InstabilitrocessesofmesoscalefeaturesintheKuroshioExtensionreroducedthrouhassimilationofaltimeterdataintoyppg[]36 FuiiY,NakanoT,UsuiN,etal.PathwasoftheNorthPacificIntermediateWateridentifiedthrouhthetanentlinearandadointmodelsofjyggj[],H,:M,,37 ChenGenxinouYuunChuXiaoin.MesoscaleeddiesintheSouthChinaSeaeanproertiessatiotemoralvariabilitandimactongjqgpppyp[]/38 ScharffenberStammerD.Seasonalvariationsofthelare-scalegeostrohicflowfieldandeddineticenerinferredfromtheTOPEXgMG,gpykgy[]:,39 TaiCK,WhiteWB.EddariabilitintheKuroshioextensionasrevealedbeosataltimetrenerroaationawafromtheetRenoldsyvyygygyppgyjy[][]:O,,40 QiuB.RecirculationandseasonalchaneoftheKuroshiofromaltimetrbservationsJ.JournalofGeohsicalResearchceans199297gyopy

():C1117801-17811.

,[],,():stressandseasonalccleJ.JournalofPhsicalOceanorah199020111761-1777.yygpy

[]:,,():PoseidonandJason-1tandemmissiondataJ.JournalofGeohsicalResearchOceans2010115C2C02008.py[]:,,():thermohalinestructureJ.JournalofGeohsicalResearchOceans2011116C6C06018.py

[]:,,():anoceangeneralcirculationmodelJ.JournalofGeohsicalResearchOceans201311842035-2051.py[],,():aquasi-eostrohicmodelusinthevariationalmethodJ.JournalofOceanorah2013692135-146.gpggpy():C47549-7566.

,,():ceanorah19942471512-1531.gpy

[]:,,():alcirculationmodelJ.JournalofGeohsicalResearchOceans2013118105461-5488.py

58

[],,():sionsasrevealedbatellitedataJ.OceanDnamics2010603617-628.ysy1847-1867.

海洋学报 41卷

[],,41 GreatbatchRJZhaiXiaominKohlmannJD,etal.OceaneddomentumfluxesatthelatitudesoftheGulfStreamandtheKuroshioexten-gym[]],,():42 MizunoK,WhiteWB.AnnualandinterannualvariabilitintheKuroshiocurrentsstem[J.JournalofPhsicalOceanorah19831310yyygpy[][]43 TatebeH,YasudaI.SeasonalaxismirationoftheustreamKuroshioextensionassociatedwithstandinscillationsJ.JournalofGeohsicalgpgopy[]:44 BushABG,McwilliamsJC,PeltierWR.Theformationofoceaniceddiesinsmmetricandasmmetricets.PartⅠearlimeevolutionandyyjyt[],,,[]45 YananLianQiuBoetal.OnthedecadalvariabilitftheeddineticenerintheKuroshioextensionJ.JournalofPhsicalOcea-gYggXSyoykgyy[],]46 QiuBoChenShuimin.Edd-meanflowinteractioninthedecadallodulatinuroshioExtensionsstem[J.DeeeaResearchPartⅡ:Toi-gyymgKypSp[],,W,[]47 QiuBoChenShuiminuLixinetal.Wind-versusedd-forcedreionalsealeveltrendsandvariabilitintheNorthPacificOceanJ.Journalgygy[],,]48 QiuBoChenShuiminSchneiderN,etal.AcouleddecadalredictionofthednamicstateoftheKuroshioextensionsstem[J.Journalofgppyy[],:[]49 LianRobinsonAR.Localizedmulti-scaleenerandvorticitanalsisⅡ.Finite-amlitudeinstabilittheorandvalidationJ.DnamicsofgXSgyyypyyy

,,():AtmosheresandOceans200744251-76.p,,():Climate20142741751-17.,,():ofClimate20152841561-1577.

,,(/):calStudiesinOceanorah20105713141098-1110.gpy,,():norah20174751169-1187.gpy

[],,():bulkeddtransortsJ.JournalofPhsicalOceanorah20102591959-1979.ypygpy:,,():ResearchOceans2001106C816685-16692.

Temoralandsatialcharacteristicsofpinch-offrinsintheppg

KuroshioExtensionreiong

111

’,DinananJinhunshenQiuYungYgCg,

(,1.ThirdInstituteoceanorahMinistraturalResources,Xiamen361005China)fOgpy,yofNservationsfromJanuar993toDecember2015.Theresultsshowthat242cclonesand276anticclonesarede-y1yy

,tectedinthepast23yearsandpinch-offrinsmostlistributeinthereionwestoftheShatskise.AccordingydgyRg,otherislocatedat156°EwestoftheShatskide.Therearetwohihvaluereionsofanticclonicrinsonelo-yRgggyg

:,,,AbstractThisstudxaminedthesatialdistributioncharacteristicsmotionproertiesseasonalinterannualandyepp

)decadalvariationsofoceanicrinsshedfromtheKuroshioExtension(KEetusinVISOsatellitealtimeterob-gjgA

,tothesatialdistributionoftherinormationsintheKEreiontherearetwohihvaluereionsofcclonicpgfgggy

,rins.Oneislocatedattheustreamreionbetween144°-146°EaroundthesteadeanderoftheKEjetthegpgymcatedatdownstreamreionwestoftheShatskideandtheotherlocatedat148°E.Thesepinched-offrinsingyRgg

,boththeustreamanddownstreamreionsgenerallroaatedwestwardbutabout88%oftherinsarereab-pgyppgg,streamreionthesefluctuationsoftherinformationsareneativelcorrelatedwiththestrenthoftheKEet.Ingggygj

,,termsofseasonalvariationthemostrinsformedinsummerandtheleastinwinter.gnualtodecadalvariability

sorbedbtheet.Thenumberofrinformationsshowsubstantialinterannualtodecadal-likevariabilit.Intheu-yjgyp

,,streamanddownstreamKEreiondecadal-likeandinterannualvariabilitisdominantresectivel.Intheu-gypyp:;;;;KeordsKuroshioExtensioninch-offrintemoralandsatialcharacteristicsseasonalvariabilitinteran-pgppyyw