基于静止海洋水色卫星的黄海暖流海表流场变化特征研究

Whether the Yellow Sea Warm Current (YSWC) is a persistent or transient flow remains controversial in both observations and model simulations. The sea surface currents with a high spatiotemporal resolution and wide coverage may be derived from the hourly Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) observations under cloud-free condition. The unprecedented capability of GOCI satellite provides a new approach to solve this debate. In the proposed project, using the hourly sequential GOCI images, we will develop a robust algorithm for deriving long time series data of daily mean surface currents with wide coverage over the Yellow and East China Seas. Based on these data, we will study the multiple spatiotemporal scale structure and variability of the YSWC surface currents. The proposed project not only can make contribution to the GOCI applications and to understanding the dynamics of the YSWC, but can offer high spatiotemporal current meter measurements to verify the regional ocean circulation models. Consequently, our study is of significant importance for both oceanographic theoretical studies and operational applications of marine monitoring and forecast.

冬季黄海是否存在持续稳定的暖流目前仍有不少争议，而通过分析静止轨道海洋水色卫星(GOCI)的逐时观测资料可获取大范围、高时空分辨率的海表流场，从而为解决这个问题提供了新的研究途径。本项目拟利用GOCI的逐时遥感观测资料，建立日平均海表环流提取与融合分析方法，以获取长时序、大范围同步的黄、东海海域日平均海表环流数据。在此基础上，对黄海暖流表层流场的多时空尺度变化特征及其规律进行深入的研究。本项目研究不仅可拓展静止海洋水色卫星遥感应用，加深对黄海暖流的动力过程和形成机制的理解，而且可为区域海洋模式验证和数据同化提供大范围同步的高时空分辨率流场数据。因此，本项目对海洋学的理论研究及海洋监测与预报的业务应用等均具有借鉴价值。

黄海暖流作为冬季黄海环流的主要组成部分，其形成与变异对渤黄东海的海洋环流系统演变和海气相互作用、物质与能量输运、生态系统演变以及生物地球化学循环等都具有重要影响。已有的黄海暖流研究极大丰富和提高了人们对其起源、路径、演变特征以及形成机制等方面的认识，但由于积累的资料不够充分，特别是缺乏长时序、大范围连续的海流观测资料，关于冬季黄海暖流是否持续稳定的存在目前仍存在争论。围绕着这一关键科学问题，本项目基于静止海洋水色卫星（GOCI）的逐时遥感观测资料，建立了日平均海表环流提取与融合分析方法，获取了渤黄东海的长时序、大范围同步的日平均海表环流资料。通过对多年的黄海暖流入侵事件（1-4月份）进行合成分析，首次清晰地刻画了黄海暖流整体流态空间结构特征，其主要沿着黄海海槽间歇性地侵入黄海海域，同时也揭示了在东海陆架上会生成一支较强的北向流与之相连。结合卫星海流观测前后的风场观测资料，研究发现了黄海暖流间歇性地向北入侵主要与冬季冷锋过境期间海表风场由强北风迅速转为到弱南风有关。数值敏感试验进一步揭示了黄海暖流主要由正压的径向压强梯度所驱动，而东海陆架上强北向流的生成则与沿岸开尔文波相关。本项目的研究结果不仅为进一步研究渤黄东海海洋环流动力学提供了可靠的观测支撑，项目所获得的结果也可以作为未来数值模拟渤黄东海环流结构演变过程时的参考基线，用以校验高分辨率数值模式的模拟结果。在本项目支持下共发表SCI学术论文3篇，其中项目负责人为第一作者的文章1篇，发表在Remote Sensing of Environment（一区）杂志上；荣获国家级2019年度海洋科学技术一等奖1项（第11完成人）；协助培养博士生1名，硕士生2名。另一方面，在本项目支持下，项目负责人积极拓展与台湾大学、夏威夷大学、纽约州立大学石溪分校等单位的国际知名学者开展了深入的交流和实质性合作。