周潤潔, 王天宇, 杜 巖, 3

基于高度計觀測和模式數(shù)據(jù)診斷南大洋主要鋒面與渦旋的特征

周潤潔1, 2, 王天宇1, 杜 巖1, 2, 3

(1. 熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室 中國科學院南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301; 2. 中國科學院大學, 北京 100049; 3. 南方海洋科學與工程廣東省實驗室, 廣東 廣州 511458)

鋒面和渦旋是南大洋重要的中尺度過程, 南極繞極環(huán)流(Antarctic Circumpolar Current, ACC)系統(tǒng)中的鋒面及其裹攜的渦旋構(gòu)成了能量和物質(zhì)的東向傳播通道, 對全球大洋的能量和物質(zhì)平衡具有重要影響。基于海表高度計和B-SOSE(Biogeochemical Southern Ocean State Estimate, B-SOSE)數(shù)據(jù), 文中分別對南大洋3條主要鋒面2013—2017年的分布特征以及近25 a(1993—2018年)渦旋特征進行了統(tǒng)計分析, 結(jié)果表明: 受背景流場的影響, 三條主要鋒面的緯度位置均會隨時間發(fā)生變化, 其中亞南極鋒(Subantarctic Front, SAF)緯度擺動幅度最大, 5年內(nèi)最大擺幅為18°。就鋒面強度而言, 極鋒(Polar Front, PF)強度最大, 其能達到的平均深度顯著大于其他鋒面的影響深度。同時, 還統(tǒng)計了1993—2018年間南大洋60 717個渦旋, 這些渦旋平均存活時間、平均傳播距離和平均半徑均明顯小于全球渦旋平均值, 其中被ACC裹攜的36 934個東移渦旋(占南大洋渦旋總數(shù)的61%)的時間和空間特征尺度則更小。

南大洋; 鋒面; 渦旋; 統(tǒng)計特征

鋒面和渦旋是普遍存在于全球海洋中的中尺度現(xiàn)象, 由于鋒面和渦旋的動力機制較為復雜, 以及高精度的觀測數(shù)據(jù)難以獲得, 使得鋒面和渦旋成為現(xiàn)代物理海洋學研究的重點和難點。海洋鋒面是指兩個不同溫鹽性質(zhì)水團之間的分界線[1], 主要位于海洋的表層和次表層[2]。鋒面所在的區(qū)域, 常常伴有海水逆溫的現(xiàn)象, 使得局地海水層結(jié)穩(wěn)定性變小, 海面附近的水汽、熱通量、動量等物質(zhì)和能量的交換變得異?；钴S[3-4]。除了影響海面的海氣交換, 鋒面還會對其下方深層海水的交換產(chǎn)生影響, 如海表鋒面的輻聚(輻散)會引發(fā)局地的下降流(上升流)[5]。中尺度渦旋則是指時間尺度在數(shù)天到數(shù)月之間, 空間尺度在數(shù)十到數(shù)百公里的渦流[5], 其在全球海洋的能量分配、物質(zhì)輸運過程中發(fā)揮著重要作用。研究表明, 海洋中超過半數(shù)的能量變化由中尺度渦旋引起[5-7], 這部分能量比平均流能量要高出一個量級[8]。與大洋環(huán)流的輸運作用類似, 離散的中尺度渦可以通過攜帶水團來引起流體質(zhì)點的運動, 從而輸運鹽、淡水和溶解的CO2[9]。渦輸運主要集中在上層1 000 m, 部分特殊海域渦旋輸運作用更為明顯, 如西邊界流區(qū)和亞南極鋒附近[10]。

鋒面和渦旋在大洋中相輔相生。有研究表明較強的鋒面和渦旋均由斜壓不穩(wěn)定過程生成[11]。相對而言, 鋒面附近的渦旋更加活躍, 生成和耗散過程也更加頻繁, 渦旋的中心位置也與鋒面特征最強的區(qū)域基本一致[12]。在兩個鋒面之間的區(qū)域, 通常存在較多數(shù)量的渦旋, 使得局地整體輸運量較大[13]。同時,渦旋會影響鋒面的結(jié)構(gòu), 可以促進鋒面的形成并維持大洋中部分主要鋒面[14]。以大西洋中部海灣區(qū)域為例, 渦旋西側(cè)的地轉(zhuǎn)剪切作用較強, 表層地轉(zhuǎn)流沿鋒面的加速作用更為明顯, 鋒面結(jié)構(gòu)也因此變得更加陡峭, 而渦旋東部鋒面結(jié)構(gòu)則較為平坦[15]。受渦旋移動的影響, 鋒面路徑還會存在相應的變化。鋒面在氣旋渦活動的作用下向赤道偏移, 而在反氣旋渦活動的作用下向極地偏移[13]。

在南大洋, 南極繞極環(huán)流(Antarctic Circumpolar Current, ACC)區(qū)域存在由西風漂流驅(qū)動的顯著鋒面系統(tǒng)。同時, 鋒面區(qū)強勁的海流伴隨著豐富且活躍的中尺度渦旋場, 使得ACC成為全球最顯著的渦流系統(tǒng)之一。南大洋鋒面主要由平均流與渦旋之間的非線性相互作用生成[16], 其包括三個主要鋒面, 從北向南分別為亞南極鋒(Subantarctic Front, SAF), 極鋒(Polar Front, PF)和南極繞極環(huán)流南部鋒(southern ACC front, sACCf)[17]。在南大洋不同鋒面之間, 中尺度渦旋可以加速急流以及增大部分區(qū)域的溫鹽梯度, 而這兩個過程可以增強鋒面附近的密度梯度, 因此渦旋不僅可以促進鋒面的生成, 還可以加強鋒面過程[16]。早期南大洋鋒面結(jié)構(gòu)的研究主要依賴于跨南大洋的經(jīng)向斷面調(diào)查, 比如位于德雷克海峽的SR01斷面[18], 澳大利亞塔斯馬尼亞至南極大陸之間的SR03斷面[19], 以及位于格林威治子午線的A12斷面[20],因此對于這些斷面區(qū)域的鋒面特征已經(jīng)有了較多的討論與分析[21-24]。Belkin等[21]、Sokolov等[22]以及Sokolov等[23]利用斷面數(shù)據(jù)對南大洋不同時期的鋒面位置分布進行了總結(jié)。近些年隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展, 觀測資料逐漸趨向于多元性和全面性, 對南大洋鋒面結(jié)構(gòu)也有了更加充分的認識。南大洋鋒面與主導ACC的急流的位置基本相一致[23], 這些鋒面急流是南大洋輸運的主要組成部分以及水平混合的主要障礙[24-26]。前人基于不同的定義方式對南大洋鋒面的特征進行了相關(guān)研究, 目前還沒有統(tǒng)一的判定依據(jù)對南大洋鋒面進行識別[27]。對于渦旋的識別, 目前同樣有很多的判定方法, 比如基于海表面高度異常和海表溫度的歐拉型以及基于全球漂流浮標數(shù)據(jù)的拉格朗日型[28]。利用這些渦旋識別方法, 前人對南海、黑潮、灣流等區(qū)域的渦旋特征進行了詳細的分析[29], 但由于南大洋空間廣闊, 所處緯度較高, 觀測數(shù)據(jù)相對較少, 相應的研究起步較晚。前人研究認為南大洋渦旋主要是ACC和沿岸邊界流不穩(wěn)定所造成的[13], 但對于南大洋渦旋的特征統(tǒng)計分析還尚有不足。Chelton等人[30]統(tǒng)計了1993—2008年間全球渦旋的特征, 本文將在此基礎上對1993— 2018年間南大洋渦旋特征進行分析。

本文聚焦于南大洋海域, 1) 基于南大洋生物地球化學狀態(tài)估算模式(Biogeochemical Southern Ocean State Estimate, B-SOSE)數(shù)據(jù)對南大洋鋒面進行識別, 分析其空間分布特征; 2) 并利用Chelton渦旋識別數(shù)據(jù)集得到的渦旋數(shù)據(jù)詳細分析近25 a(1993— 2018年)南大洋渦旋的統(tǒng)計特征、運動學屬性和傳播特征, 對ACC鋒面附近東移渦旋進行單獨分析, 并以此為基礎探討南大洋鋒面與渦旋的聯(lián)系。本文結(jié)構(gòu)如下: 第一部分為文中所用數(shù)據(jù)和方法的簡要介紹; 第二部分為南大洋鋒面和渦旋的統(tǒng)計特征; 第三部分為文章內(nèi)容的總結(jié)與討論。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 基于南大洋再分析數(shù)據(jù)的鋒面識別方法

南大洋狀態(tài)估計模式(Southern Ocean State Estimate, SOSE)基于麻省理工學院南大洋環(huán)流模式(Gene-ralCirculation Models, GCM)發(fā)展而來[31], 但這些模式缺少全面有效的驗證, 海溫和鹽度值均存在較大的偏差[32]。SOSE模式則是將GCM與目前所有的觀測數(shù)據(jù)集結(jié)合起來, 利用大量的實測資料和遙感數(shù)據(jù)對模擬結(jié)果進行同化。所用到的數(shù)據(jù)集包括Argo(array for real-time geostrophic oceanography)浮標數(shù)據(jù)、船載溫鹽深剖面儀(conductivity-temperature-depth profiler, CTD)數(shù)據(jù)、各種錨定浮標數(shù)據(jù)、衛(wèi)星測量的海平面高度數(shù)據(jù)、海冰數(shù)據(jù)等[33]。B-SOSE模式則是在SOSE的基礎上考慮了光、鐵、營養(yǎng)鹽和氣體模型[34], 實現(xiàn)了生物地球化學的一體化。B-SOSE模式本質(zhì)是一種南大洋耦合的生物地球化學-海冰-大洋估算模式, 包括碳、氧以及營養(yǎng)鹽循環(huán)過程[34-35](http://sose.ucsd. edu/BSOSE6_iter122_solution.html)。

B-SOSE模式是目前針對南大洋環(huán)流動力和生物化學耦合過程模擬良好的渦分辨率模式[35-36], 該數(shù)據(jù)水平經(jīng)度范圍為0°～360°, 經(jīng)向分辨率為1/6°; 緯度范圍為30°S～78°S, 緯向采用非均勻網(wǎng)格, 高緯區(qū)域分辨率為1/28°(78°S), 低緯分辨率為1/6°(30°S); 垂向為42個不同厚度的垂向分層, 最大深度達5 800 m。為識別南大洋表層鋒面以及統(tǒng)計鋒面的垂向動力特征, 本文采用了南大洋上層(0～1 500 m)的位溫、鹽度和流場數(shù)據(jù), 時間跨度為2013—2017年。

鋒面一般由海表面溫度、鹽度或其他生物化學特性顯著的水平梯度極值來表征?？玟h面梯度每千米的溫度差一般為2～5 ℃, 鹽度差為0.3～1.0, 而部分較強的鋒面每千米溫度差達10～15 ℃, 鹽度差達2～3[5]。由于鋒面在時空尺度上均存在較強的高頻變化, 很難通過傳統(tǒng)的現(xiàn)場觀測手段獲得大量的樣本數(shù)據(jù)[37], 因此目前存在多種標準來定義南大洋鋒面。第一種方法是利用動力高度等值線來確定鋒面位置。研究發(fā)現(xiàn), ACC鋒面的位置與1 500 dbar參考面上的海表動力高度場存在較好的重合關(guān)系[1]。第二種方法是以水團中特定的溫度或鹽度等值線來確定鋒面的位置[17], 或僅依據(jù)鹽度異常場來定義鋒面, 即將特定的溫度或鹽度等值線認為是鋒面所在的位置。

本文分別選用海表動力高度和位溫等值線法來確定南大洋鋒面的位置, 并對兩種識別方式進行對比驗證。對于動力高度識別法, 本文選用基于1 500 m海表動力高度(SS1 500)的1.2 m等值線為SAF所在位置, 0.95 m等值線為PF所在位置[1]。對于位溫等值線法, 本文對北亞南極鋒(northern SAF, nSAF)和南亞南極鋒(southern SAF, sSAF)的位置分別進行定義, 選取的位溫標準具體如表1所示[38]。

表1 鋒面類型及定義方式

1.2 基于衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)的渦旋統(tǒng)計方法

在20世紀末, 基于衛(wèi)星高度計資料的渦旋識別技術(shù)極大程度上推進了渦旋的研究。其中, Chelton等[30]利用AVISO(archiving, validation and inter-pre-ta-tion of satellite oceanographic data)融合數(shù)據(jù)對全球渦旋進行了自動識別與追蹤, 并統(tǒng)計和分析了全球渦旋的特征。

該數(shù)據(jù)集中渦旋的識別方式主要基于渦旋運動會引起流場的輻聚輻散從而伴隨有海表面高度變化這一現(xiàn)象, 即利用海表面高度場來識別渦旋(圖1)。該識別方法基于經(jīng)緯度網(wǎng)格點坐標, 當某格點的海表面高度相對于鄰近所有格點而言為極大值(極小值)時, 則認為該格點所在區(qū)域存在一個反氣旋渦(氣旋渦), 最外側(cè)閉合海表高度(SS)等值線也就被定義為渦旋邊界, 其半徑記為eff, 渦旋邊界圍成區(qū)域的形心被定義為渦旋中心。對于識別出來的每個渦旋, 將渦旋邊界上的SS均值0與渦旋內(nèi)部SS極值max(min)之差的絕對值定義為渦旋強度。渦旋內(nèi)部所有SS閉合等值線上的最大平均地轉(zhuǎn)速度定義為渦旋的旋轉(zhuǎn)速度, 而該閉合等值線的半徑值定義為渦旋半徑s。為了得到連續(xù)的渦旋軌跡, 算法在下一時刻中尋找與該渦旋位置、強度與面積相近的渦旋, 則認為是不同時刻的同一渦旋點。

圖1 基于海表高度識別渦旋的示意圖(改自Chelton等[30]圖B1)

基于Chelton渦旋識別技術(shù)的日分辨率渦旋產(chǎn)品(ftp://ftp-access.aviso.altimetry.fr/global/delayed-time/ valueadded/eddy-trajectory), 本文集中對南大洋(48°S～ 80°S)渦旋特征進行統(tǒng)計和分析, 統(tǒng)計時間為1993年1月1日—2018年1月18日, 用到的變量分別有渦旋強度、氣旋類型、渦旋中心經(jīng)緯度、渦旋存活天數(shù)、旋轉(zhuǎn)速度和渦旋半徑。其中, 渦旋的存活時間指算法能連續(xù)跟蹤到該渦旋的天數(shù)。在渦旋傳播過程中, 其軌跡存在一定程度的經(jīng)向偏移[39], 但基本仍為較平直的細絲狀分布, 本文將渦旋起始位置與耗散位置之間的直線距離近似為渦旋的傳播距離。渦旋的強度、半徑和旋轉(zhuǎn)速度為渦旋的3個重要運動學特性。渦旋強度通常用來表征渦旋內(nèi)部海表面起伏的大小, 渦旋的旋轉(zhuǎn)速度可以反映渦旋所具有的能量, 渦旋半徑則用來表示渦旋的空間尺度。渦旋的非線性用渦旋最大旋轉(zhuǎn)速度與渦旋的傳播速度之比來衡量, 當/≥1時則認為該渦旋是一個非線性系統(tǒng)[30]。

1.3 驗證模式數(shù)據(jù)

本文主要基于溫度對鋒面進行識別, 因此將OISST (optimum interpolation sea surface temperature)的海表溫度觀測數(shù)據(jù)與B-SOSE模式的海溫數(shù)據(jù)進行對比, 以驗證模式數(shù)據(jù)的準確性。

OISST是一種空間分辨率為0.25°×0.25°, 時間分辨率為1 d的高分辨率全球海溫產(chǎn)品。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品基于AVHRR(advanced very high resolution radio-me-ter)衛(wèi)星紅外遙感數(shù)據(jù)和船測、浮標等實測數(shù)據(jù)融合而成[40]。該產(chǎn)品利用船測、浮標等觀測數(shù)據(jù)修正遙感數(shù)據(jù)[41], 并將船測、浮標數(shù)據(jù)插值到遙感反演海溫缺測區(qū), 然后利用最優(yōu)插值算法融合而成。SOSE模式在同化過程中也利用了部分實測數(shù)據(jù), 但不同數(shù)據(jù)源的同化權(quán)重不同, 并非將某一數(shù)據(jù)源作為單一參考值, 因此可以用OISST來驗證B-SOSE模式數(shù)據(jù)。

圖2為OISST與B-SOSE的海面溫度SS數(shù)據(jù)對比。OISST為海面表層溫度數(shù)據(jù), 而B-SOSE則為2 m深處海溫數(shù)據(jù)。由于混合層內(nèi)海溫差異較小, 可將B-SOSE 2 m處的海溫數(shù)據(jù)等同為海表溫度。從時間平均的海表溫度分布來看, B-SOSE模式數(shù)據(jù)與OISST的分布基本一致, 均為緯向條帶狀分布, 且海溫范圍基本為–5～20 ℃。B-SOSE空間分辨率更高, 在南美洲東部等部分海域其海溫結(jié)構(gòu)更加精細。從海表溫度標準差分布來看, 觀測數(shù)據(jù)與模式結(jié)果得到的標準差分布幾乎一致。大致呈現(xiàn)為, 低緯海域標準差較大, 高緯海域標準差相對較小, 并且在厄加勒斯回流區(qū)和南美洲東部外海標準差均較大。僅在部分高緯海域, 例如南印度洋-南太平洋交界海域和東南太平洋海域, 模式的標準差數(shù)值稍大于觀測結(jié)果。由此可得, B-SOSE模擬的海溫分布與實際海溫基本一致, 利用B-SOSE模式數(shù)據(jù)基于溫度識別出的海洋鋒面結(jié)果較為可靠。

圖2 2013—2017年OISST與B-SOSE SST的對比

2 南大洋鋒面和渦旋統(tǒng)計特征

2.1 主要鋒面的水平和垂向分布

基于動力高度法和位溫法識別得出的南大洋主要鋒面如圖3所示。在整體空間型態(tài)上, 鋒面走勢與地形阻礙有關(guān), 如凱爾蓋朗群島(Kerguelen Islands)、坎貝爾高原(Campbell Plateau)和德雷克海峽(Drake Passage)區(qū)域[42], 鋒面會出現(xiàn)較大向南或向北的經(jīng)向偏移, 鋒面走勢與地形等值線幾乎一致。如受印度洋南部凱爾蓋朗群島的影響, 附近海域水深急劇變小[43], 在位渦守恒的作用下, PF與sACCf均向赤道移動。

圖3中紅色等值線為動力高度場識別出的SAF和PF: 1 500 dbar參考面上的海表動力高度1.2 m等值線為SAF所在位置, 0.95 m等值線為PF所在位置。其中, SAF與填色區(qū)域的位溫等值線擬合效果較好, 尤其是南太平洋區(qū)域, PF與位溫等值線擬合效果則較差。對比鹽度等值線與動力高度識別的鋒面結(jié)果(圖3b)發(fā)現(xiàn), 二者擬合效果較差, 幾乎沒有重合區(qū)域。圖3中黑色等值線為位溫法識別出的鋒面位置, 與海表溫度等值線的分布較為一致。值得注意的是, 雖然鋒面僅由海洋位溫場識別, 但鋒面的位置與鹽度場也有較為良好的對應關(guān)系。例如, PF的緯度分布在南太平洋東南部、德雷克海峽和南大西洋西南部區(qū)域與鹽度等值線分布吻合較好; sACCf的緯度分布則在印度洋南部、德雷克海峽及其西部海域與鹽度等值線分布吻合較好。SAF在大部分區(qū)域與鹽度等值線吻合度均較高, 但在東南太平洋海域, 局地的平流作用使得該海域出現(xiàn)低鹽區(qū)[44], 導致SAF與鹽度等值線趨勢出現(xiàn)偏差。

圖3 南大洋2013—2017年平均海面溫度場和鹽度場

注: 黑線為基于溫度場識別的南大洋鋒面, 從北向南分別為nSAF, sSAF, PF和sACCf, 紅線為動力高度場識別出來的南大洋鋒面, 從北向南分別為SAF和PF, 綠色等值線為2 000 m水深線

由動力高度場識別得到的SAF位于海溫場識別出的nSAF和sSAF之間, 鋒面走勢也基本一致, 比如在南大西洋的西邊界區(qū)域, 兩種識別方式得到的鋒面均隨向赤道的馬爾維納斯流呈現(xiàn)向北的走勢。相對于位溫識別結(jié)果而言, 動力高度識別出的SAF位于靠近sSAF的區(qū)域, 位置相對偏南, 而PF位置相對偏北, 尤其是德雷克海峽以西的海域。對比兩種鋒面識別方式, 位溫識別法對鋒面的分類更為細致并且與溫度場的分布擬合效果更好, 因此位溫識別法對鋒面的識別更為準確和詳細, 本文將主要利用位溫識別法對南大洋鋒面特征進行分析。

受獨特的海陸分布約束, 南大洋以緯向流場為主, 南大洋鋒面受緯向流場的影響也相對較大。由圖4a、圖4b可知, 在一些緯向流場較強的區(qū)域, 鋒面路徑較為平直且緯度波動范圍較小; 而與之相反, 在一些背景流場較弱的區(qū)域, 鋒面波動的緯度變化范圍較大。這是因為緯向急流能加強局地的溫鹽梯度, 促進和維持鋒面的形成與穩(wěn)定, 使得鋒面的緯度變化范圍較小且鋒面特征較為穩(wěn)定, 而流場較弱的區(qū)域, 鋒面受渦旋等不穩(wěn)定因素的影響, 使得鋒面的波動范圍較大。

南大洋經(jīng)向流場分布則較為不規(guī)則, 大部分區(qū)域呈現(xiàn)為較弱的向極地流, 中高緯度區(qū)域為較強的南北交替的經(jīng)向流。如圖4c、圖4d所示, 經(jīng)向流場主要影響鋒面的經(jīng)向位移。當經(jīng)向流場以向北流動為主導時, 鋒面呈向赤道的走勢, 如nSAF的太平洋西南部區(qū)域, 而當經(jīng)向流場以向南流動為主導時, 鋒面呈向極地的走勢, 如sACCf的南太平洋區(qū)域。在經(jīng)向流場較強的區(qū)域, 鋒面的走勢較為曲折, 即在背景流場的作用下不斷出現(xiàn)向南和向北的偏移, 如太平洋西南海域。

從整體來看, PF和sACCf的緯度變化較小, 而nSAF和sSAF的緯度變化范圍較大。通過計算可以驗證, nSAF、sSAF、PF和sACCf的緯度變化平均標準差分別為0.93、0.86、0.66和0.61。PF和sACCf的緯度位置基本較為穩(wěn)定, 僅在印度洋南部區(qū)域存在較大幅度的波動。因為印度洋南部存在較多水深小于2 000 m的海域, 鋒面與底部地形的相互作用較為強烈, 使得該區(qū)域鋒面容易出現(xiàn)較大的緯度波動。相對而言, SAF的兩個南北分支緯度波動幅度更大, 尤其是在巴西/馬爾維納斯流輻合區(qū)[45]。由于處于同一經(jīng)度范圍的PF和sACCf緯度變化較小, 因此德雷克海峽和底部地形不是主導影響因素, 而復雜的背景流場才是使得SAF發(fā)生劇烈變化的主要原因。

圖4 2013—2017年南大洋上層1 000 m平均的緯向和經(jīng)向流速

注: 等值線為利用位溫法識別出的不同鋒面, 其中每條鋒面的中間等值線為鋒面的平均緯度, 南北兩條等值線為其緯度變化范圍

局地緯向最大輸運量位置與鋒面也有著較好的對應關(guān)系[46], 從流場的垂向剖面圖中可以得出鋒面能達到的深度位置。本文分別在印度洋、太平洋和大西洋中部海域選取一垂向剖面, 并對南大洋緯向速度進行緯向平均, 探究不同剖面中緯向速度的垂向分布與鋒面的對應關(guān)系。從圖5a平均緯向速度斷面可以看出, PF能達到的深度最大, 并且其鄰近海域存在較大的緯向速度, 而sACCf達到的深度最淺。相對而言, PF強度最大, sACCf強度最小, 但對于3個大洋的不同斷面而言鋒面強度則稍有不同。

在印度洋中部剖面(90°E, 圖5b), SAF的鋒面深度較深并且流場強度較強, 而sACCf則相對較弱, PF鋒面特征最弱。在太平洋中部剖面(160°W, 圖5c), PF與sACCf經(jīng)向跨度較窄, 相距較近, 但兩個鋒面垂向深度均較大, 強度相對較大; 其中PF深度更深, 強度更大。大西洋中部剖面(20°W, 圖5d), sACCf表層緯向流速較大且鋒面特征最強, 而SAF與PF強度基本類似。綜上所述, 3個主要鋒面中PF強度最強, SAF較弱, 其中SAF鋒面北分支相對于南分支而言強度較大, sACCf強度最弱, 但在部分海域也會出現(xiàn)sACCf流幅較窄但強度較大的情況。

2.2 總體渦旋的空間分布及統(tǒng)計特征

從圖6a近25年渦旋年平均個數(shù)空間分布圖中可以看出, 渦旋幾乎遍布整個南大洋, 除了南極洲附近的高緯海域由于衛(wèi)星觀測的局限性, 其他所有區(qū)域均有被識別到的渦旋。在水深小于2 000 m的近岸海域, 由于底部地形的約束作用, 限制了渦旋的生成[13], 如印度洋南部的凱爾蓋朗群島、太平洋西南部的坎貝爾高原和南美洲東南沿岸。渦旋年平均個數(shù)較多的區(qū)域基本多分布在PF附近, 尤其是南太平洋的高緯海域, 年平均渦旋個數(shù)大約為140個。

圖5 2013—2017年南大洋平均緯向速度以及90°E、160°W和20°W緯向流速剖面

注: 虛線分別對應位溫識別的nSAF、sSAF、PF和sACCf所在位置, 灰色實線為位溫等值線

圖6 南大洋年平均渦旋個數(shù)以及氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)之比的空間分布

注: (a) 圖中, 白線為2 000 m水深等值線; (b) 圖中黑色陰影區(qū)域為東移渦旋個數(shù)較多的區(qū)域。黑色等值線為位溫法識別的PF(北)與sACCf(南)

圖6b為氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)之比的空間分布, 可以發(fā)現(xiàn)氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)分布基本平衡, 但氣旋渦個數(shù)占優(yōu)的區(qū)域稍多, 因此氣旋渦個數(shù)相對占優(yōu)。圖6b中黑色陰影部分為東移渦旋個數(shù)大于西移渦旋個數(shù)的區(qū)域。雖然渦旋的固有特征為向西運動, 但受背景流場的影響, 使得絕大部分區(qū)域均以東移渦旋為主。在南大洋渦旋中, 有23 783個(39%)渦旋向西移動, 36 934個(61%)渦旋向東移動, 總體來說東移渦旋個數(shù)要明顯大于西移渦旋個數(shù)。

文中統(tǒng)計的渦旋拉格朗日特征包括渦旋的存活時間、傳播距離、強度、半徑、旋轉(zhuǎn)速度以及非線性參數(shù)。在這25 a間, 南大洋海域(48°S以南)一共觀測到81 606個渦旋。由于Chelton等[30]剔除了存活時間4周以下的渦旋信號, 因此這些渦旋最小存活時間為28 d, 最大存活時間能達777 d, 大約2.1 a, 平均存活時間為62 d。為了消除算法對較小尺度渦旋識別的誤差, 本文選取渦旋整體存活時間的3/4中位數(shù)作為臨界值進行考慮, 即重點研究南大洋存活時間不小于5 周的渦旋特性。

存活時間大于5周的渦旋共有60 717個, 其中包括氣旋渦30 723個, 反氣旋渦29 994個, 渦旋個數(shù)隨著存活時間的增長呈指數(shù)型衰減。在較小存活時間范圍內(nèi)(5～25周), 氣旋渦與反氣旋渦的個數(shù)之比基本為1。對于存活時間大于50周的渦旋, 反氣旋渦個數(shù)開始明顯大于氣旋渦個數(shù), 說明較長存活時間的渦旋更偏向于反氣旋渦。在存活時間大于5周的渦旋中, 渦旋的傳播距離最大可達1 280 km, 隨著傳播距離的增大, 渦旋個數(shù)呈單峰值型變化, 傳播距離為90 km的渦旋個數(shù)最多。對于較小的傳播距離, 氣旋渦個數(shù)稍多于反氣旋渦個數(shù)較多, 當渦旋傳播距離大于200 km時, 反氣旋渦累計個數(shù)開始逐漸多于氣旋渦累計個數(shù), 即較長的傳播距離更偏向于反氣旋渦。渦旋存活時間與傳播距離的大值區(qū)均偏向于反氣旋渦, 但對于非線性程度較高的渦旋則為氣旋渦個數(shù)明顯占優(yōu)。由于大約85%的渦旋傳播速度小于10 cm/s, 而大約77%的渦旋旋轉(zhuǎn)速度大于10 cm/s, 因此該區(qū)域非線性渦旋占比較高約為89%, 其中/>10的渦旋占24%。對于非線性渦旋, 隨著其非線性程度的增大, 對應的渦旋個數(shù)逐漸減小, 其中氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)的比值在逐漸增大。

圖7 南大洋渦旋(存活時間≥5周)存活時間(a, d, g)、傳播距離(b, e, h)、非線性強度(c, f, i)特征統(tǒng)計

南大洋渦旋強度、半徑和旋轉(zhuǎn)速度的個數(shù)分布均呈單峰值型變化。南大洋強度為4 cm的渦旋個數(shù)最多, 最大強度可達43 cm, 超過70%的渦旋強度在0～10 cm范圍內(nèi), 大約38%的渦旋強度≤5 cm, 僅有不足8%的渦旋強度≥20 cm。較小強度(0～20 cm)渦旋中, 氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)基本一致, 當渦旋強度大于20 cm時, 則明顯為氣旋渦個數(shù)較多。因此對于較大強度的渦旋, 氣旋渦個數(shù)遠大于反氣旋渦個數(shù)。對于渦旋半徑, 其變化規(guī)律為隨著緯度的增大, 渦旋半徑普遍減小[30], 因此南大洋相對于低緯海域而言渦旋半徑值偏小。南大洋渦旋平均半徑為65 km, 其中半徑為57 km的渦旋個數(shù)最多。對于半徑尺度小于60 km的渦旋, 氣旋渦個數(shù)明顯大于反氣旋渦個數(shù), 而當渦旋半徑大于75 km時, 則為反氣旋渦個數(shù)明顯大于氣旋渦個數(shù), 即較大半徑尺度的渦旋有偏向于反氣旋渦的趨勢。渦旋旋轉(zhuǎn)速度的變化特征是旋轉(zhuǎn)速度為11 cm/s的渦旋個數(shù)占比最大。氣旋渦中旋轉(zhuǎn)速度小于10 cm/s的渦旋占21%, 反氣旋渦中旋轉(zhuǎn)速度小于10 cm/s的渦旋占23%, 說明反氣旋渦更多地聚集在較小旋轉(zhuǎn)速度的渦旋中。從圖8也可以看出, 較大旋轉(zhuǎn)速度的范圍內(nèi), 氣旋渦與反氣旋渦的比值明顯大于1, 說明較大旋轉(zhuǎn)速度的渦旋明顯偏向于氣旋渦。

圖8 南大洋渦旋(存活時間≥5周)強度(a, d, g)、半徑(b, e, h)、旋轉(zhuǎn)速度(c, f, i)特征統(tǒng)計

2.3 鋒面區(qū)域伴生渦旋的特征

受背景流場的影響ACC區(qū)域存在較多東移渦旋, 主要分布在南大洋3條主要鋒面附近。由圖9a可知, 南大洋東移渦旋在印度洋和大西洋的低緯海域分布相對較多, 太平洋的低緯海域分布較少。在空間分布上, 南大洋的主要鋒面和東移渦旋基本均位于ACC區(qū)域, 東移渦旋分布區(qū)域的南邊界與sACCf的走勢基本一致。對于水深小于2 000 m的海域, 基本沒有渦旋分布和鋒面的形成。由于存活時間不小于5周的渦旋個數(shù)較多, 運動軌跡重合度較高, 難以分辨出具有代表性的軌跡特征, 因此文中對存活時間不小于16周的渦旋軌跡進行分析。由圖9b可以發(fā)現(xiàn), 東移渦旋中流場較強的巴西/馬爾維納斯流區(qū)域渦旋運動軌跡與nSAF的空間分布高度重合。主要是由于該區(qū)域鋒面和渦旋分布均受背景流場的影響較大, 鋒面在向赤道的馬爾維納斯流作用下向北延伸, 在向極地的巴西暖流作用下出現(xiàn)反氣旋式蜿蜒結(jié)構(gòu)。而該區(qū)域渦旋的生成機制同樣與流場的反向回旋結(jié)構(gòu)有關(guān)[47], 渦旋在流場的作用下逐漸向流軸附近聚集, 導致該區(qū)域的渦旋基本呈跟隨流場運動的回旋式結(jié)構(gòu)。即流場在改變鋒面路徑的同時也加強了渦旋的運動, 使得二者運動軌跡高度相似, 這一獨特的回旋式結(jié)構(gòu)可能是能量的匯集點。

同時, 鋒面的強度與位置對渦旋的生成和特性也有重要影響。鋒面結(jié)構(gòu)的高度不穩(wěn)定, 有利于渦旋的生成[48], 并且這些不穩(wěn)定作用也會使得該區(qū)域渦旋的非線性程度較高, 使得鋒面附近存在較多高度活躍的渦旋場。如Morrow等人[49]利用實測和衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究了大量SAF附近較長存活時間的渦旋, 發(fā)現(xiàn)這些渦旋大部分是由于SAF不穩(wěn)定的彎曲而生成。這些由鋒面動力不穩(wěn)定作用產(chǎn)生的渦旋對ACC的動力結(jié)構(gòu)也起到了重要作用, 主要通過垂向傳輸動量和向極輸運熱量、質(zhì)量等過程來實現(xiàn)。

圖9 30°S以南存活時間≥5周的東移渦旋年平均個數(shù)分布和存活時間≥16周的東移渦旋軌跡分布

注: 黑色等值線為位溫法識別的ACC主要鋒面位置, (a)中白色等值線為2 000 m水深線

從統(tǒng)計結(jié)果來看, 東移渦旋特征相對于南大洋整體渦旋而言稍有不同。這些東移渦旋存活時間相對偏小, 氣旋渦平均存活時間為77 d, 反氣旋渦平均存活時間為78 d, 基本保持一致。對于存活時間在5～25周范圍內(nèi)的東移渦旋, 氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)之比基本在1附近對稱式擺動, 不存在明顯極性特征。對于存活時間為25～45周左右的東移渦旋, 氣旋渦個數(shù)要多于反氣旋渦個數(shù), 對于較長存活時間(大于45周)的渦旋, 反氣旋渦個數(shù)顯著大于氣旋渦個數(shù)。

圖10 南大洋東移渦旋(存活時間≥5周)存活時間(a, d, g)、傳播距離(b, e, h)、非線性強度(c, f, i)特征統(tǒng)計

東移渦旋個數(shù)隨傳播距離的變化滿足單峰值型變化趨勢, 傳播距離為70 km的渦旋個數(shù)最多。對于較小的傳播距離(小于300 km), 氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)之比基本在1附近擺動, 其中氣旋渦個數(shù)稍多, 對于較大的傳播距離(大于500 km), 則為反氣旋渦個數(shù)較多。不同的渦旋傳播距離, 氣旋渦與反氣旋渦累積個數(shù)之比最大僅為1.07, 即東移渦旋的傳播距離不存在明顯的極向性, 氣旋渦的平均傳播距離僅稍大于反氣旋渦。相對于南大洋整體渦旋而言, 東移渦旋的非線性程度相對較高。東移渦旋中有91%的渦旋/大于1, 表現(xiàn)為非線性, 26%的渦旋/大于10。與南大洋整體渦旋特征類似, 非線性程度較高的渦旋中均為氣旋渦個數(shù)顯著占優(yōu)。同時, 在非線性化程度較高的渦旋中, 東移渦旋的氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)之比更大, 即東移渦旋非線性化特征的極性更強。

對于南大洋東移渦旋, 其強度特征與上文所述基本一致。氣旋渦與反氣旋渦個數(shù)之比基本大于1, 尤其是對于較大強度的渦旋, 個數(shù)之比甚至能超過8倍。東移渦旋中大強度渦旋數(shù)量較多, 即東移渦旋的平均強度必然大于南大洋渦旋的平均強度。通過計算可以驗證, 南大洋渦旋平均強度為8.0 cm, 東移渦旋的平均強度為8.4 cm。由于東移渦旋處于較高緯區(qū)域, 其半徑尺度普遍偏小。半徑值為53 km的渦旋個數(shù)最多, 其中氣旋渦所占的個數(shù)比例稍大于反氣旋渦。當渦旋半徑值超過50 km時, 反氣旋渦個數(shù)開始明顯大于氣旋渦個數(shù), 即東移渦旋反氣旋渦半徑尺度較大。與南大洋整體渦旋特征類似, 東移渦旋同樣表現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)速度為11 cm/s的渦旋個數(shù)最多。對于較小旋轉(zhuǎn)速度, 東移渦旋氣旋渦與反氣旋渦的個數(shù)之比接近于1, 但對于較大旋轉(zhuǎn)速度, 則為氣旋渦個數(shù)較多, 兩者比值甚至能達到13。相對于南大洋所有渦旋而言, 東移渦旋中較大旋轉(zhuǎn)速度的渦旋有更高的比例分布, 南大洋渦旋旋轉(zhuǎn)速度大于15 cm/s的占51%, 而東移渦旋旋轉(zhuǎn)速度大于15 cm/s的超過57%, 說明東移渦旋中能量較大的渦旋占比較高。

圖11 南大洋東移渦旋(存活時間≥5周)強度(a, d, g)、半徑(b, e, h)、旋轉(zhuǎn)速度(c, f, i)特征統(tǒng)計

3 結(jié)果與討論

本文對南大洋鋒面和渦旋的特征分別進行統(tǒng)計。文中利用兩種識別方法對鋒面位置進行定義, 結(jié)果顯示動力高度法識別出的SAF偏南, PF偏北。相對于動力高度法而言, 位溫識別法是一種更直接的定義方式, 并且對鋒面的識別更為準確。低緯區(qū)域的SAF與海溫場空間變化較為一致, 而高緯區(qū)域的PF、sACCf變化受鹽度影響較大, 主要與該區(qū)域鹽度對密度變化的影響較大有關(guān)。從鋒面的整體特征來看, 由于陸架地形的約束或海底地形引起的水深變化使得鋒面渦度發(fā)生變化, 如受印度洋南部凱爾蓋朗群島的影響, PF與sACCf均向赤道移動。

由于背景流場的作用, 鋒面路徑會受到一定程度的影響。在緯向急流區(qū)域, 鋒面緯度變化標準差較小, 具有較為穩(wěn)定的鋒面特征, 在經(jīng)向流場較強的區(qū)域, 鋒面會隨流場發(fā)生向南或向北的經(jīng)向偏移。前人研究表明鋒面的經(jīng)向偏移也與地形有關(guān)。鋒面在經(jīng)過大的地形障礙區(qū)時, 受地形約束鋒面位置較穩(wěn)定, 經(jīng)向擺動較小, 而在深海盆區(qū)和脫離地形約束的下游, 鋒面穩(wěn)定性較弱, 經(jīng)向位移擺動幅度較大[27]。

通過背景流場強度來對比鋒面強度可知, PF強度最強, SAF其次, sACCf較弱; 其中SAF鋒面的北分支相對于南分支而言強度更大, 但在部分海域也會出現(xiàn)sACCf流幅較窄但強度較大的情況。PF與SAF作為強度較強的兩個鋒面, 在南大洋的輸運過程中起到了很大的作用, 如在澳大利亞南部, PF與SAF攜帶的輸運量占局地海域整個ACC輸運量的75%[50]。

由于鋒面在時間和空間上會出現(xiàn)合并、分離、彎曲和一系列細絲結(jié)構(gòu), 即使是特征較強的主要鋒面也不能完全由某一等值線來定義其準確位置, 兩種識別方法都存在一定的誤差。相對而言, 位溫識別法與南大洋的海溫場、鹽度場的貼合度更高, 更接近于真實的海洋鋒面, 文中對鋒面的識別均基于位溫法進行。

對于南大洋渦旋, 其統(tǒng)計特征表現(xiàn)為氣旋渦個數(shù)較多, 強度較大, 旋轉(zhuǎn)速度較大, 即氣旋渦所具有的能量可能也相對較大。反氣旋渦則表現(xiàn)為存活時間較長, 傳播距離較長, 空間尺度較大。其中, 渦旋的平均強度與平均旋轉(zhuǎn)速度的極性對比最為顯著。南大洋渦旋與東移渦旋均表現(xiàn)為氣旋渦的強度與旋轉(zhuǎn)速度明顯較大, 說明南大洋渦旋中氣旋渦所具有的能量較大。南大洋大約90%的渦旋都表現(xiàn)出非線性, 并且非線性程度較高的渦旋也偏向于氣旋渦。南大洋渦旋特征分布與Chelton等[30]對全球渦旋統(tǒng)計的結(jié)果基本一致(表2、表3)。相對于全球平均值而言, 南大洋渦旋的平均存活時間、平均傳播距離和平均半徑都明顯偏小。這主要是由于渦旋平均存活時間和平均半徑都是隨緯度增大而逐漸減小, 而南大洋位于48°S以南區(qū)域, 包括較多高緯地區(qū)的短存活時間和空間尺度較小的渦旋。同時, 南大洋ACC的流動方向(向東)與渦旋自然狀態(tài)下的運動方向(向西)相反, 背景流場會對該區(qū)域渦旋的運動方向有反向作用, 導致東移渦旋的傳播距離相對偏小, 也使得南大洋整體渦旋平均傳播距離偏小[13]。對于渦旋半徑, Chelton等[30]文中表明南半球渦旋半徑不存在極向性, 氣旋渦與反氣旋渦比值基本為1, 除了一些較小的半徑范圍有氣旋渦個數(shù)偏多的趨勢, 但本文結(jié)果顯示南大洋渦旋半徑存在一定極性分布, 較大值偏向于反氣旋渦。

表2 南大洋渦旋統(tǒng)計特征平均值與全球渦旋特征平均值對比

表3 南大洋渦旋統(tǒng)計特征值(氣旋/反氣旋)與全球渦旋特征值(氣旋/反氣旋)對比

前人研究表明南大洋渦旋主要出現(xiàn)在強流區(qū), 比如ACC與西邊界流附近, 以及渦流相互作用的區(qū)域, 其中不受海表變化影響的渦旋存活時間更長。與本文統(tǒng)計結(jié)果一致的是隨著存活時間的變長, 渦旋出現(xiàn)的頻率迅速減小。南大洋渦旋中僅有4%的渦旋存活時間大于半年, 但也存在極少數(shù)渦旋存活時間大于2 a, 這些極端長存活時間的渦旋基本都發(fā)現(xiàn)在ACC流域的北分支[13]。

受背景流場的影響, 南大洋存在獨特的東移渦旋, 其主要分布在ACC流域, 這些渦旋對ACC的動力過程有重要作用。相對于南大洋所有渦旋而言, 位于ACC區(qū)域的東移渦旋存活時間較短。因為低緯地區(qū)渦旋空間尺度較大[30], 渦旋完全耗散所需要的時間也相對較長。因此低緯區(qū)域渦旋存活時間普遍偏長, 高緯區(qū)域渦旋存活時間則較短。渦旋存活時間大值區(qū)基本均分布在南太平洋海域, 因此南太平洋區(qū)域渦旋的存活時間顯著大于南印度洋和南大西洋。由圖12可知, 在同一緯度范圍內(nèi), 有強流作用的區(qū)域渦旋存活時間相對較短, 如印度洋的西南部、新西蘭南部和大西洋的西南部區(qū)域。強流場的相互作用使得背景流場不穩(wěn)定容易激發(fā)出渦旋[51-52], 但流場的剪切作用也會使得渦旋發(fā)生耗散[13], 使得這些區(qū)域渦旋存活時間普遍偏短。同時, 這些強流場所在區(qū)域靠近大陸邊界, 鄰近水深較淺的海域, 渦旋容易因碰撞或底部摩擦而被耗散, 進一步導致渦旋平均存活時間相對較短。因此, 渦旋存活時間較長的區(qū)域基本多為背景流場較弱或是流場較為穩(wěn)定的大洋內(nèi)部區(qū)域, 如南太平洋海域局地最大值能超過300 d。

圖12 南大洋渦旋(存活時間≥5周)存活時間的空間分布

對于渦旋的運動學特征, 由于渦旋在運動過程中滿足角動量守恒[53], 即當渦旋強度一定時, 渦旋半徑與渦旋旋轉(zhuǎn)速度成反比關(guān)系[30]。南大洋東移渦旋主要位于ACC海域, 該海區(qū)流場不穩(wěn)定度較高, 渦旋強度較大。由于緯度限制, 東移渦旋的半徑相對較小。因為渦旋半徑正比于Rossby變形半徑[30], 而Rossby變形半徑又與科氏力成反比關(guān)系, 相同強度時, 渦旋半徑必然在高緯(科氏力較大)偏小。南大洋東移渦旋強度較大, 渦旋半徑較小, 其旋轉(zhuǎn)速度必然較大。同時, ACC區(qū)域有大量的風能輸入, 使得平均流能量較大[54], 而渦流相互作用可以將一部分能量轉(zhuǎn)化為渦動能, ACC區(qū)域渦動能也相應較大, 進一步說明東移渦旋強度和旋轉(zhuǎn)速度均較大。

本文利用B-SOSE位溫數(shù)據(jù)和Chleton渦旋數(shù)據(jù)集分別對南大洋鋒面與渦旋特征進行統(tǒng)計。南大洋三大鋒面中PF鋒面特征最強, SAF其次, sACCf較弱。3條主要鋒面的緯度位置均存在較為明顯的時間變化。南大洋渦旋的特征表現(xiàn)為, 其平均存活時間、平均傳播距離和平均半徑都明顯小于全球渦旋平均值?？傮w而言, 南大洋鋒面和渦旋均與流場密切相關(guān),這些結(jié)果對認識南大洋鋒面與渦旋的性質(zhì), 理解南大洋的動力過程具有重要作用。

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Statistical characteristics of major fronts and eddies in the Southern Ocean based on altimetry observations and a model dataset

ZHOU Run-jie1, 2, WANG Tian-yu1, DU Yan1, 2, 3

(1. State Key Laboratory of Tropical Oceanography, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3.Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Guangzhou 511458, China)

Fronts and their entrapped eddies are important mesoscale processes in Antarctic Circumpolar Current (ACC) systems. The fronts and eddies constitute the eastward pathway of energy and mass fluxes in the Southern Ocean, contributing to global energy and material balance. In this study, we analyzed the characteristics of Southern Ocean’s fronts in 2013–2017 and eddies in the recent 25 years (in 1993–2018) based on altimeter data and Biogeochemical Southern Ocean State Estimate data. Our results show that the front-location latitudes vary with changes in background flows. Among the major fronts, the Subantarctic Front has the largest swing, with a range of 18° within 5 years. As for the frontal velocity strength, the Polar Front (PF) is the strongest. The average depth that the PF can extend is significantly deeper than that of other fronts. The statistics for eddies are based on 60 717 eddies identified in the Southern Ocean from 1993 to 2018. The average statistical values of these eddies are significantly lower than those of global eddies, for example, lifetime, distance, and radius. In particular, there are 36 934 eastward eddies (accounting for 61% of the total Southern Ocean eddies) counted in ACC that are smaller on both space- and time-scale.

Southern Ocean; front; mesoscale eddy; statistical characteristic

Feb. 4, 2021

P731.21

A

1000-3096(2022)02-0001-16

10.11759/hykx20210204002

2021-02-04;

2021-04-12

科技部重點研發(fā)項目(2018YFA0605700); 區(qū)域聯(lián)合基金-青年基金項目(2019A1515110963); 國家自然科學基金(42106022); 中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項和重點項目(XDA15020901, 133244KYSB20190031, ZDRW-XH-2019-2); 南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)重大專項團隊項目(GML2019ZD0303, 2019BT02H594); 熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室自主項目(LTOZZ2002)聯(lián)合資助

[The Key Program of Ministry of Science and Technology of China, No. 2018YFA0605700; Regional Joint Fund-National Natural Science Foundation of China, No. 2019A1515110963; The National Natural Science Foundation of China, No. 42106022; The Key Program of the Chinese Aca-de-my of Sciences, Nos. XDA15020901, 133244KYSB20190031, ZDRW- XH-2019-2; The Major Program of Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Nos. GML2019ZD0303, 2019BT02H594; The Inde-pendent Program of State Key Laboratory of Tropical Oceanography, No. LTOZZ2002]

周潤潔(1998—), 女, 安徽望江人, 碩士研究生, 主要從事海洋動力學研究, E-mail: runjie_z@163.com; 王天宇(1988—),通信作者, 副研究員, E-mail: wty_927@hotmail.com

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)