东海黑潮两侧涡旋不对称性分析

Based on the analysis of eddies data set detected from the drifter trajectories, we find that eddies are symmetric distributed along the Kuroshio path in the East China Sea: nearly equal quantity cyclonic/anticyclonic eddies are on the western/eastern sides of Kuroshio respectively. The size of eddies are mostly 5~10km. This phenomenon can be further confirmed by a high-resolution numerical modeling result. These mesoscale eddies are produced by the horizontal velocity shear when the Kuroshio Current is constrained by the shelf break in the East China Sea.It has not been reported and detailed analysis about the eddy asymmetric distribution along the main section of Kuroshio in the East China Sea. Combining drifter data, satellite remote sensing data, theoretical analysis and numerical simulation in this project, we will further study the eddy evolution on generation, growth and termination and the variation of physical character parameters of the submesoscale eddy. We will explain the asymmetry distribution phenomenon by using the classic theory of hydrodynamic stability analysis. Due to their high material and heat transport capability, the eddies will play an important role on transport across the continental shelf in the East China Sea.

项目申请人在前期工作中使用海表漂流标浮标数据进行东海涡旋探测，发现东海黑潮左右100km范围内的涡旋极性上呈现明显地不对称性分布，既东海黑潮左侧主要为气旋涡，右侧主要为反气旋涡，且涡旋是半径5~15km 为主的次中尺度涡旋。该分布现象进一步由气候态高分辨率数值模式的涡旋探测结果所证实。关于东海黑潮主段涡旋极性不对称性的分布，目前尚未有详细的报道和研究分析。本项目拟结合漂流浮标数据、卫星遥感、理论分析和数值模拟，系统地研究东海黑潮两侧涡旋的产生、成长和消亡演化过程，特别是小尺度涡旋在演化过程中的物理特征变化，并由流体力学稳定性分析理论解释黑潮两侧涡旋极性不对称性分布。由于非线性涡旋具有强的物质和能量输运能力，本项目探讨涡旋在黑潮跨东海陆架输运中所占据的作用。

使用海表漂流浮标数据和气候态高分辨率数值模拟结果对东海黑潮主段区域进行涡旋识别和分析，在东海黑潮两侧70公里范围内涡旋的极性、数量、大小、涡度等特征量都呈现出明显的不对称性分布。特征体现为东海黑潮左侧主要为气旋涡，右侧主要为反气旋，数量上以半径5~20km 的次中尺度涡旋为主。涡动能的收支分析表明，水平剪切项和垂向浮力通量项是黑潮主轴两侧涡旋生成的主要能量来源。左侧主要来源为垂向浮力通量，右侧主要来源于水平剪切项及垂向浮力通量。空间谱分析表明垂向浮力通量项是小尺度涡旋产生的重要能量来源。以上的发现及研究体现了沿着边界流的海洋涡旋的独特特征。.东海黑潮区是强流区，涡旋-背景流场的分解比较复杂。研究表明以瞬态涡旋表征东海黑潮区中尺度涡旋的信号最为清晰且显示涡旋有更长的生命演化期。此外，东海黑潮区也是显著的强锋面区域。本项目中使用区域海洋数值模式做理想实验研究，模拟锋面失稳产生亚中尺度涡旋的过程。锋面暖水一侧混合层下一般为反气旋涡，其温度和盐度特征表明它源于锋面混合层冷水一测，由于涡旋运动中会携带异常温盐水体，我们进而在拉格朗日框架下研究锋生涡旋所引起的跨锋面热交换。涡致输送在传统欧拉场框架下计算上仅去掉气候态平均场。与此不同，我们以去掉空间平均和时间平均后的流场和温度场瞬态扰动场来计算欧拉场下的涡致热输送，并将涡致热输运场分解为旋转场和辐散场，其中后者为涡旋诱导的有效热输运。本项目的研究有助于我们了解涡旋诱导的物质、能量输运在跨陆架水体交换中的定量作用。