东印度洋爪哇上升流区中尺度涡旋的基本特征及其对海表面叶绿素的影响

The mesoscale eddy plays an important role in the ocean, which is an important issue of the ocean dynamics, the thermohaline transport, and the marine biology and ecology. As an important upwelling zone and fishing ground of the Indian Ocean, the eastern Indian Ocean Java upwelling zone shows high mesoscale eddy activity. However, the basic characteristics of mesoscale eddies in the Java upwelling zone and the influence of eddies on the concentration of the sea surface chlorophyll have not got enough attention, and the physical mechanisms are still unclear. This project, using the latest satellite altimetry data (AVISO) and Argo float data, as well as the Java upwelling observation cruise data, through data statistic and dynamical diagnostics, will fully examine the characteristics of the mesoscale eddies in the eastern Indian Ocean Java upwelling zone, and rebuild the three dimension structures of temperature, salinity and geostrophic current anomalies in the eddies and reveal its possible cause. Furthermore, through combining the MODIS/SeaWiFS satellite chlorophyll data and the mesoscale eddies signals, this project will estimate the influence of eddies in the eastern Indian Ocean Java upwelling zone on the chlorophyll and describe its physical process. The implementation of this project has important scientific significance and practical value for understanding characteristics of mesoscale eddies in the eastern Indian Ocean and eddies impacts on ocean dynamics, thermodynamics, biology and ecology in the ocean areas adjacent to the Java upwelling zone.

中尺度涡旋在大洋中扮演着重要的角色，是海洋动力学、热力学和海洋生物、生态研究领域中的重要课题。作为印度洋重要的上升流区和渔场，爪哇上升流区域中尺度涡旋也是非常活跃的。然而，目前关于东印度洋爪哇上升流区涡旋的基本特征及其对海表面叶绿素的影响还没有引起人们的重视，其中的物理机制仍不清楚。本项目将利用最新的AVISO卫星高度计资料和Argo数据，并结合爪哇上升流观测航次数据，通过资料分析和动力诊断，全面研究该区域中尺度涡旋的基本统计特征，重建涡旋内部温、盐、流的三维结构，并揭示其成因。此外，本项目还将把MODIS/SeaWiFS卫星叶绿素数据与涡旋信号相结合，通过合成分析系统评估东印度洋爪哇上升流海域涡旋对海面叶绿素的影响，揭示其可能的物理机制。这方面工作的开展，对深入认识和理解爪哇上升流区域中尺度涡旋特征及其对附近海域海洋动力、热力和生物、生态的影响有重要的科学意义和现实价值。

本研究使用逐日的卫星高度计数据，通过分析564个气旋涡(CE)以及695个反气旋涡(AE)的统计特征，揭示了东南热带印度洋的强烈中尺度涡旋活动。CE(AE)的平均半径、生命周期、移动速度和距离分别是149(153 km)，50(46) 天，15.3(16.6) cm/s和651(648) km。此外，通过将从卫星数据中提取到的涡旋信号与Argo数据进行匹配，我们合成了涡旋温度、盐度和地转流异常以及涡旋所引起的热盐输送异常的垂直结构。分析结果显示，涡旋所引起的异常主要集中在上300 dbar，其中在涡旋中心处，CE(AE)可以在60-180dbar的深度上引起一个2ºC的冷(热)异常，并且在上50(110) dbar层产生了0.1(-0.3) psu的盐度最大正(负)异常。CE(AE)所引起的经向热输送是向南(北)的，经向盐输送则是向北(南)的，而且涡旋所引起的经向热盐输送也都集中在上300dbar。.研究表明，东南热带印度洋爪哇上升流海域的中尺度涡旋活动在北半球夏-秋季十分活跃，同时伴随着海表面高叶绿素富集。通过对1997-2010年的卫星高度计数据、卫星叶绿素数据以及再分析数据的分析，我们研究了该海域涡旋对于局地海表面叶绿素的影响。统计结果显示，在离岸0-400 km范围内，CE引起的叶绿素异常是AE的2-3倍。在7-11月的上升流季节，上升流海域可以产生更多的CE，这对于海表面平均叶绿素浓度的提高起到了至关重要的作用。合成结果显示，CE一方面可以通过对内部水体的抬升，将次表层高营养水体提升至海表面来提高海表叶绿素浓度；另一方面通过水平方向上的输运，将近岸的高叶绿素水携带至离岸较远的海域，这两种方式引起海表面较高叶绿素异常。而且涡旋对于叶绿素的调节作用在上升流季节更为显著。此外，涡旋引起的叶绿素异常还存在显著的年际变化，这与厄尔尼诺和南方涛动(the El Niño-Southern Oscillation; ENSO)和印度洋偶极子(the Indian Ocean Dipole; IOD)都存在着紧密的关系。厄尔尼诺(El Niño)和正的IOD事件所驱动的风场可以增强背景流场的垂向剪切，从而在爪哇上升流海域产生更多更强的CE，进而引起了局地叶绿素浓度的年际变化。.本项目的研究增强了我们对东南热带印度洋爪哇上升流区涡旋影响区域海洋、气候变化以及生态系统的理解。