黑潮延伸体海域海-气耦合过程及其对东亚边缘海环流的影响

The Kuroshio Extension (KE) region is one of the most active regions in the oceanic and atmospheric processes, where there are unique air-sea interactions. The abnormal signals in the KE region may propagate to low-latitude as ocean waves along the isobaths or potential vorticity isolines in the East Asian Marginal Seas, and the abnormal signals in the KE region can also result in sea temperature anomaly, which will affect local atmospheric circulation, and further cause the change of thermocline depth. Consequently, the abnormal signals in the KE region can transfer to the western boundary current region through several pathways, such as ocean waves, atmospheric circulation and subduction. Given these concerns, the methods of data analysis and numerical simulation, together with the technique of downscaling will be adopted to study the characteristics of abnormal signals on different time scales, and investigate the process of air-sea interaction in the KE region. Furtherly, this project will systematically investigate the effects of abnormal signals in the KE region on the circulations in East Asian Marginal Seas through “oceanic bridge” and “atmospheric bridge”, and try to improve the predictability of the marine environments in the KE region.

黑潮延伸体海域是海洋和大气动力过程最活跃的区域之一，具有独特的海气相互作用过程。黑潮延伸体海域的异常信号可能通过海洋波动沿着东亚边缘海的等深线（岸线）或等位涡线向低纬度传播；黑潮延伸体海域的异常信号还将导致海温异常，影响局地的大气环流，进一步引起温跃层深度变化，从而将黑潮延伸体海域的异常信号通过海洋波动、大气环流、潜沉等过程传递到西边界流区，进而影响到东亚边缘海的环流。基于此，本项目将采用资料分析和数值模拟手段，借助降尺度（Downscaling）技术，研究黑潮及其延伸体海域不同时间尺度变异的特征，探讨黑潮延伸体海域的海-气相互作用过程，系统研究黑潮延伸体海域异常信号通过“海洋桥”和“大气桥”等多种途径对东亚边缘海环流的影响，提高黑潮及其延伸体海域海洋环境的可预测性。

黑潮及其延伸体是海洋和大气动力多尺度运动最活跃的区域，具有独特的海气相互作用过程，也是影响整个太平洋乃至全球气候变化的关键海区。本课题紧紧围绕黑潮延伸体异常信号如何影响东亚边缘海环流这一科学问题，在现有认知和新发现的基础上，引入了新型数据自动分析方法，构建了高分辨率海气耦合数值模式，阐明了黑潮及其延伸体的多时空尺度变异特征，揭示了黑潮延伸体异常信号影响东亚边缘海的多种途径，丰富了大洋-近海相互作用理论。.研究表明：（1）黑潮及其延伸体存在从季节内到年际等多时间尺度变化特征，且各区域存在不同的显著周期，与大洋波动信号和全球海气相互作用密切相关。（2）黑潮延伸体位于黑潮的下游，虽然质量是上游向下游输运，但是下游黑潮延伸体的能量仍然可以向上游传递。信号传递的途径可能有两个：一是通过“大气通道”：地形β效应将导致波导方向在陆坡附近向低纬度偏移，因此中高纬度的风应力异常，可以引发副热带西边界流的变化；二是通过“海洋通道”，又分为两个方面：前者通过海面波动，沿岸界/等位涡线逆时针向东亚陆架传递，后者通过温跃层变化，沿等密面顺时针向黑潮上游传递，进而影响到东亚边缘海环流。（3）黑潮变化除了受到外海强迫作用，也受到局地强迫影响。利用理想化数值模式证明，地形作用下冬季北风的位涡输入是黑潮路径偏移主要动力学机制。根据位涡动力学理论，风输入正位涡，将推动水向行星位涡高值区移动；风输入负位涡，将推动水向行星位涡低值区移动。因此如果黑潮流经区域存在海山或海槽地形，冬季将更容易发生黑潮入侵边缘海的现象。.以上研究突破传统视角来研究黑潮流动的下游对上游的影响，提出了黑潮延伸体异常信号通过“海洋”和“大气”等多种途径影响东亚边缘海环流，而局地强迫对于黑潮变化的作用也不可或缺。该成果是大洋-近海相互作用研究一个很好的切入点，为深化我国近海环境演变认知程度和提高东亚边缘海气候预报水平提供了理论积累。