东海黑潮锋面涡旋特性及其诱发机制研究

Frontal eddies are very active on the shoreward side of the Western Boundary Current. The frontal eddy drives the mesoscale exchange between the shelf water and the Kuroshio water, which is an important way of the Kuroshio influencing the marine environment in the East China Sea shelf area. In other side, the frontal eddy pump up the rich nutrient from bottom to euphotic layer to provide a suitable environment for the growth and reproduction of phytoplankton. In this study, the satellite data including SST，Ocean Color and Maps of Absolute Dynamic topography(MADT), Argos drifter data, CTD and mooring current data will be used to analyze the basic features and the formation processes of frontal eddies and the relation with topography for the difference sections of the Kuroshio in the East China Sea. We will further focus on study of the Kuroshio front disturbances instability for the difference types of topography to better understand the inducing mechanism of frontal eddy in theory. Practical scheme is as follows： Considering baroclinic fluid andβeffect, we first construct the Quasi-linear governing equations of disturbance instability in σ coordinate frame. The second, we derive the expressions of governing equations in phase space, and the restrained conditions of solution existence. The third, in the concrete case of the Kuroshio stream, the bottom topography and mesoscale disturbance we simplify the equations in terms of the order analysis; Finally, we will seek the disturbance dispersion relations and growth rate，and make a comparison between the theoretical conclusions and the observations.

锋面涡旋在西边界流的陆架向一侧十分活跃，它们以中尺度的规模驱动陆架水与黑潮水的交换，是黑潮对东海陆架海域海洋环境影响的最主要途径之一；另一方面，锋面涡旋把含有丰富营养盐的底层水泵吸到真光层，为浮游生物繁殖提供良好条件。本项目拟利用Argos浮标资料、卫星遥感资料（SST、水色和绝对动力地形）、CTD以及锚系测流资料，分析东海黑潮不同流段锋面涡旋的特征、形成过程及其与海底地形类型的关系。更进一步的，我们将聚焦于研究在不同类型的地形作用下黑潮锋面扰动的不稳定问题，以弄清黑潮锋面涡旋的诱发机制。初拟定的方案是：首先，考虑β效应和斜压流体, 构建σ坐标系中的扰动不稳定性运动方程组；接着，导出在位相空间中的控制方程的表达式，并推导出解存在约束条件；然后针对黑潮流特征、地形类型和中尺度扰动，通过量阶分析简化约束条件的控制方程；最后求解扰动频散关系和扰动成长率，并与观测结果进行比较。

本项目利用Argos浮标资料、卫星遥感资料（SST、水色和绝对动力地形），分析东海黑潮不同流段锋面涡旋的特征进行统计和分析。首先制定了判断黑潮锋面涡旋的标准提出一种利用argos资料自动判断涡旋的新方法，进而追踪东海黑潮锋面涡旋运动情况。.统计分析表明东海黑潮锋面涡旋的特征、发生和发展与黑潮流经海域的地形密切相关。第一段从台湾东北三貂角-赤尾屿黑潮右转弯，在这产生可能两种锋面倒卷现象；（1）绕岛尾流，其形成的冷涡位置稳定，这种现象多出现在夏季，（2）锋面涡旋，其形成后随黑潮移动至赤尾屿附近。第二段从赤尾屿—29oN,这里黑潮左转弯，锋面涡旋在左转弯附近海域形成。之后锋面涡旋被拉长，或形成黑潮暖丝。第三段从29oN—吐噶喇海峡，这里黑潮离开陆架坡转向东。黑潮北侧无地形限制，锋面涡旋最容易形成且较大，直径达到约100km。.我们从 坐标下的扰动不稳定性的控制方程出发，导出了在相空间中控制方程的表达式和解的约束条件；然后在东海陆架坡地形和黑潮流的基本情况下，得到了关于黑潮、扰动波和地形相互作用的两组解析解，它们分别对应西行波和东行波，其主要理论结果如下：.1）黑潮区具有接近惯性频率的固有振荡,它与黑潮速度场的水平和垂向切变密切相关，中尺度扰动涡旋的不稳定性取决于海底地形和黑潮流的斜压性；2）西向传入黑潮东翼的扰动中尺涡旋将被抑制而衰竭；向东传入黑潮西翼的扰动中尺气旋式涡旋将增强。这很好解释了东海黑潮锋面涡旋主要发生在其西翼。3）进入黑潮区中尺扰动气旋式涡旋传播速度将叠加上北向的黑潮流速，由于边缘区的北向流速小，越靠近中心区流越大，因此中尺扰动涡旋将被拉长，形成南-北长达几百千米，东-西宽几十千米的锋面涡旋或一条长长的黑潮倒卷的暖丝。