曾毅港 , 經(jīng)志友 黃小龍 , 鄭瑞璽

1. 熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所), 廣東 廣州 510301;

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

海洋鋒面作為一種典型的中尺度現(xiàn)象, 其較強(qiáng)的沿鋒面流有利于增強(qiáng)海表物質(zhì)的水平輸運(yùn); 同時(shí), 鋒面是兩種不同性質(zhì)水體的邊界, 存在顯著的水平輻聚, 能夠匯集浮游生物, 并引起明顯的水平浮力梯度, 限制跨鋒面水體交換(Letelier et al, 2009); 此外, 鋒面也會(huì)改變海表溫度, 從而影響海氣邊界層的穩(wěn)定性, 引起風(fēng)場(chǎng)的變化(Xie, 2004)。因此, 鋒面在海洋水體交換、物質(zhì)輸運(yùn)、海氣相互作用、浮游植物生長(zhǎng)等方面均有重要作用(Xiu et al, 2011; Guo et al, 2017)。

南海是西北太平洋最大的半封閉深水邊緣海, 受季風(fēng)和復(fù)雜海底地形的影響, 具有豐富的多尺度海洋動(dòng)力學(xué)過(guò)程(李立, 1990; Wang et al, 2003; Chen et al, 2011; Jing et al, 2011; Shu et al, 2014; Nan et al, 2015)。其中, 南海北部陸架海域存在不同水團(tuán)(水體)交匯, 存在種類多樣的海洋鋒面(Wang et al, 2001; Jing et al, 2016), 是南海動(dòng)力過(guò)程最為復(fù)雜的區(qū)域之一(Wang et al, 2001, 2010; Jing et al, 2015; Hu et al, 2016a)。前人研究結(jié)果表明, 風(fēng)應(yīng)力、沖淡水、地形、徑流和潮汐等過(guò)程與陸架海域鋒面的形成密切相關(guān)(Tang et al, 2002; Ren et al, 2014; Jing et al, 2015; Hu et al, 2016a; Horii et al, 2020)。南海北部陸架海域鋒面可按成因劃分為潮汐混合鋒(Zu et al, 2014)、上升流鋒(Jing et al, 2016)和河口羽狀鋒(Gan et al, 2009a)。在陸架上升流、季風(fēng)和沖淡水等多種要素的共同作用下, 南海北部陸架鋒面存在著明顯的季節(jié)變化(徐闖 等, 2019; Wang et al, 2001)。就鋒面強(qiáng)度而言, 南海北部溫度鋒具有冬季＞春季＞夏季＞秋季的季節(jié)強(qiáng)弱變化(Wang et al, 2001)。夏季, 沿岸流的平流作用和西南季風(fēng)驅(qū)動(dòng)的離岸Ekman 輸送(李立, 1990; Fang et al, 2012)在南海北部陸架海域驅(qū)動(dòng)形成顯著的季節(jié)性沿岸上升流及鋒面(吳日升 等, 2003; Jing et al, 2011)。其中, 楊陽(yáng)等(2010)及夏華永等(2018)利用2006 年的航次調(diào)查資料對(duì)珠江沖淡水?dāng)U展及影響進(jìn)行了探討, 發(fā)現(xiàn)西向拓展沖淡水有利于上升流形成, 并改變?nèi)芙庋酢⑷~綠素等分布形態(tài)。莊偉等(2005)利用衛(wèi)星遙感資料, 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了2000 年夏季粵東沿岸的上升流現(xiàn)象, 結(jié)果顯示上升流強(qiáng)度和風(fēng)場(chǎng)的變化密切相關(guān); 同時(shí), 利 用三維斜壓非線性模式結(jié)合衛(wèi)星遙感資料分析發(fā)現(xiàn), 南海北部陸架區(qū)夏季上升流是該海區(qū)的一個(gè)規(guī)律性現(xiàn)象, 而不是個(gè)別年份的特殊現(xiàn)象(經(jīng)志友 等, 2008)。

目前, 前人基于觀測(cè)和數(shù)值模擬對(duì)陸架鋒面的季節(jié)變化及其形成機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題已有較好的認(rèn)知(Ou et al, 2009; Gan et al, 2009a; Wang et al, 2012; Jing et al, 2015), 但受限于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料的不足, 對(duì)陸架鋒面的精細(xì)結(jié)構(gòu)、不穩(wěn)定特征等科學(xué)問(wèn)題尚缺乏深入理解。本文利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感資料和模式資料分析南海北部粵東陸架鋒面的三維結(jié)構(gòu)特征, 并探討鋒面的不穩(wěn)定機(jī)制, 以期進(jìn)一步理解影響該海域鋒面過(guò)程的潛在動(dòng)力因素, 加深對(duì)南海北部陸架鋒面過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算方法

1.1 衛(wèi)星遙感資料

本文所用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)主要包括海表面溫度和風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。其中, 海表溫度數(shù)據(jù)來(lái)自英國(guó)氣象局(http://data.nodc.noaa.gov/ghrsst/L4/GLOB/UKMO/O STIA/), 為全球海洋數(shù)據(jù)同化實(shí)驗(yàn)(Global Ocean Data Assimilation Experiment, GODAE)中, 高分辨率海表面溫度項(xiàng)目組(Group High Resolution Sea Surface Temperature, GHRSST)提供的網(wǎng)格化日平均海表溫度數(shù)據(jù)(sea surface temperature, SST)產(chǎn)品。該數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)、微波和紅外衛(wèi)星資料融合而得, 空間分辨率為0.05°×0.05°, 時(shí)間分辨率為1d(Donlon et al, 2012)。日平均的多平臺(tái)交叉校正(cross calibrated multi-platform, CCMP)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)宇航局地球科學(xué)企業(yè)(NASA earth science enterprise, ESE), 是一套融合了多顆衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)果并經(jīng)過(guò)理論和方法論證的高精度和實(shí)用性的海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集, 其空間分辨率為0.25°×0.25°(Atlas et al, 2014)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)

本文采用的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金委南海西部共享航次計(jì)劃, 分別于2017 年6 月5—23 日、2018 年6 月11—26 日和2019 年 6 月28日—7 月16 日在南海北部陸架海域觀測(cè)獲取。每年航段的站點(diǎn)分布(如圖1 中紅點(diǎn)所示)包括10 個(gè)陸架觀測(cè)斷面, 共114 個(gè)觀測(cè)站點(diǎn), 站位間的平均空間距離為～10km。所有斷面都到達(dá)20m 陸架深度, 包含了南海北部陸架鋒面和上升流區(qū)域。溫度、鹽度、深度和密度數(shù)據(jù)均由船載SBE-911 plus 直讀式溫鹽深剖面儀得到, 數(shù)據(jù)的垂向分辨率為1m, 并對(duì)溫鹽數(shù)據(jù)進(jìn)行了質(zhì)量控制。

1.3模式配置

為了進(jìn)一步研究鋒面的不穩(wěn)定機(jī)制,本文采用分辨率為1.5km 的ROMS 高分辨率數(shù)值模式對(duì)南海北部粵東的鋒面進(jìn)行模擬研究。模式垂直方向采用sigma 坐標(biāo), 分為60 層, 并在上、下邊界層進(jìn)行加密處理。風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫采用氣候態(tài)的日平均QuikSCAT(Quick Scatterometer)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集(Risienetal,2008);初始溫度、鹽度和流速等變量采用SODA(simpleocean dataassimilationdata)氣候態(tài)月平均數(shù)據(jù)集(Cartonet al, 2008); 湍 流 混 合 采 用 KPP(K-profile parameterization)參數(shù)化方案進(jìn)行參數(shù)化(Largeetal,1994);淡水通量和熱通量等氣候態(tài)月平均海-氣通量數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際海洋大氣綜合數(shù)據(jù)集(International Comprehensive Ocean-Atmosphere DataSet,ICOADS); 地形數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NationalOceanicandAtmospheric Administration,NOAA)提供的ETOPO2 數(shù)據(jù)。模式開(kāi)邊界條件包括正壓模態(tài)的Flather 方案以及斜壓模態(tài)的Orlanski 方案,最外層模型(ROMS0)分辨率為7.5km,覆蓋整個(gè)西太平洋,在診斷計(jì)算20a 達(dá)到穩(wěn)定后,在線嵌套覆蓋南海區(qū)域的ROMS1(1.5km 分辨率)進(jìn)行為期2a 的模擬, 從而得到能夠刻畫(huà)小尺度過(guò)程的高分辨率模擬結(jié)果。模擬結(jié)果(如溫度、鹽度、流速等)通過(guò)衛(wèi)星遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)和多年現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料驗(yàn)證了南海及其鄰近海域的多尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)、渦動(dòng)能、混合層深度等動(dòng)力要素, 結(jié)果表明該模式能夠較好地刻畫(huà)研究海域的多尺度海洋過(guò)程(鄭瑞璽 等, 2018; Jing et al, 2021)。

1.4 相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)診斷計(jì)算

本文利用溫度的水平梯度定量估算溫度鋒強(qiáng)度(Letelier et al, 2009) 。 溫 度 鋒 強(qiáng) 度(Gradient Magnitude, GM)計(jì)算方法如下:

式中:GSSTX和GSSTY分別為溫度梯度的緯向和經(jīng)向分量,均采用中心差分算法計(jì)算而得,即GSSTX=(SSTi+1-SSTi-1)/(Xi+1-Xi-1)、 GSSTY= (SSTi+1-SSTi-1)/(Yi+1-Yi-1), 其中SSTi和Xi、Yi分別表示第i個(gè)像素點(diǎn)的溫度和經(jīng)、緯度。對(duì)于南海北部鋒面的研究, 溫度鋒的閾值目前尚無(wú)統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn), 大致閾值范圍在0.01～0.06℃·km-1(Wang et al, 2001; Jing et al, 2015)。

由于鋒面區(qū)域?qū)咏Y(jié)較弱, 水平梯度增強(qiáng), 水體穩(wěn)定性發(fā)生改變, 本文進(jìn)一步計(jì)算了其理查森數(shù)(Richardson number, Ri), 以探討鋒面的不穩(wěn)定過(guò)程。理查森數(shù)可用來(lái)表征湍流和水體的穩(wěn)定性, 表示垂向?qū)咏Y(jié)和水平流場(chǎng)垂向切邊的相對(duì)大小。當(dāng)Ri 較小時(shí), 水平流場(chǎng)具有較大的垂直剪切, 易突破垂向?qū)咏Y(jié)的抑制, 引起剪切不穩(wěn)定(Boccaletti et al, 2007; Fox-Kemper et al, 2008)。根據(jù)熱成風(fēng)關(guān)系, Ri 可表示為:

式中:N2為浮力頻率,N2=-(g/ρ0)?ρ/?z, 其中g(shù)為重力加速度,ρ0為海水參考密度(1025kg·m-3),ρ為海水密度,z為垂直方向距離;f為行星渦度;u為緯向流速;v為經(jīng)向流速; ?h為拉普拉斯算子水平分量;b為浮力,b=-gρ/ρ0。

由式(2)可知, 當(dāng)水平浮力梯度增大到足以與層結(jié)穩(wěn)定性相抗衡時(shí), 地轉(zhuǎn)平衡易被破壞, 誘發(fā)非地轉(zhuǎn)斜壓不穩(wěn)定。因此, 當(dāng)理查森數(shù)大于0.25 且小于1 時(shí), 多種類型的亞中尺度不穩(wěn)定易被觸發(fā)(Stone, 1966, 1970)。

Ertel 位渦是一種可以用來(lái)反映海洋穩(wěn)定性的重要保守量 (Thomas et al, 2013; Haney et al, 2015; Bodner et al, 2020)。對(duì)于準(zhǔn)地轉(zhuǎn)流體, Ertel 位渦EPV 表示如下:

從式中可以看出, 由于北半球f為正值, EPhV恒為負(fù)值。因此, 在鋒面海域, 強(qiáng)水平浮力梯度(斜壓性)能有效減小Ertel 位渦。作為水動(dòng)力不穩(wěn)定的重要指標(biāo)之一, 當(dāng)Ertel 位渦在海表強(qiáng)迫等非保守過(guò)程的作用下被減小至負(fù)數(shù)時(shí), 能為多種不穩(wěn)定的發(fā)生提供有利條件(Mcwilliams et al, 2004; Thomas et al, 2013)。

在海洋表面, 大氣強(qiáng)迫引起的浮力損失是負(fù)Ertel 位 渦 形 成 的 主 要 機(jī) 制(D′Asaro et al, 2011; Thomas et al, 2013; Huang et al, 2020)。而在本文所關(guān)注的鋒面海域, 夏季存在顯著的西南季風(fēng), 其引起的Ekman 輸運(yùn)是形成鋒面并影響鋒面過(guò)程的重要機(jī)制之一。為了表征Ekman 輸運(yùn)對(duì)鋒面海表浮力和不穩(wěn)定過(guò)程的影響, 本文采用Ekman 浮力通量進(jìn)行評(píng)估(Thomas, 2005):

式中: EBF 為Ekman 浮力通量;Me為Ekman 輸運(yùn);τx、τy分別為風(fēng)應(yīng)力矢量的緯向和經(jīng)向分量。

2 結(jié)果分析

2.1 南海北部粵東沿岸溫度鋒

根據(jù)夏季(6—8 月)氣候態(tài)(2008—2019 年)的溫度分布顯示, 南海北部海域低溫區(qū)域主要存在于粵東—閩南海域和珠江口海域, 從珠江口一直向臺(tái)灣淺灘延伸, 呈條帶狀分布, 并在季風(fēng)、海流和渦旋的作用下擴(kuò)展到120°E 附近, 在低溫區(qū)邊緣形成顯著的溫度鋒(圖2a)。其中, 粵東—閩南沿岸夏季水溫僅26℃, 明顯低于周邊海域(30℃), 形成的溫度鋒強(qiáng)度最強(qiáng), 可達(dá)0.02℃·km-1。結(jié)合氣候態(tài)風(fēng)場(chǎng)分布可知, 夏季盛行的西南季風(fēng)可驅(qū)動(dòng)離岸Ekman 輸送, 有利于粵東沿岸發(fā)生上升流。在汕頭和汕尾地區(qū)的特殊地形影響下, 上升流能有效地將下層低溫(26℃)水裹挾至海表, 在沿岸產(chǎn)生冷水區(qū), 從而在海表形成強(qiáng)鋒面(Gan et al, 2009b; Shu et al, 2011; Wang et al, 2014)。

由于衛(wèi)星遙感資料僅能反映表層溫度鋒面信息,無(wú)法對(duì)鋒面的三維結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步分析。為深入探討夏季南海北部陸架鋒面的垂向分布特征,本文利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料獲取了不同深度的溫度和溫度鋒分布(圖3)?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和風(fēng)場(chǎng)分布結(jié)果顯示,盛行的西南風(fēng)易在陸架海域引起Ekman 離岸輸運(yùn),南海北部粵東海域在2017—2019 年夏季均引起顯著的溫度鋒面,強(qiáng)度和發(fā)生區(qū)域略有差異。各年的鋒面強(qiáng)度均達(dá)到0.06℃·km-1,其中2017 年的最大溫度鋒強(qiáng)度可達(dá)0.12℃·km-1。衛(wèi)星遙感觀測(cè)的逐日平均SST 結(jié)果顯示,觀測(cè)期間的溫度鋒強(qiáng)度僅為0.015℃·km-1,遠(yuǎn)小于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果(圖2b)。這與Jing 等(2015)在對(duì)瓊東溫度鋒研究中的觀測(cè)結(jié)果相似, 可能是由于GHRSST 為日平均融合數(shù)據(jù)集, 使得現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和衛(wèi)星遙感資料在日尺度上有偏差。

在垂向上, 珠江口海域鋒面結(jié)構(gòu)在各年存在明顯差異(圖3)。根據(jù)2017 年和2018 年的觀測(cè)結(jié)果顯示, 鋒面在20m 層的分布較10m 層更廣且沿岸線分布, 表明該處的上升流可以爬升至20m 深度。但受珠江口高溫低鹽沖淡水的影響, 表層海水密度層結(jié)加強(qiáng), 抑制了低溫海水向上露頭, 故僅在珠江口以東形成表層冷水信號(hào), 并在表層產(chǎn)生鋒面信號(hào)(張燕 等, 2006)。其中, 2018 年同期20m 層鋒面未能在沿岸形成連續(xù)鋒面, 可能是受熱帶氣旋影響而未出現(xiàn)夏季盛行西南風(fēng)的特征, 繼而上升流減弱(圖3c、3d)。相反, 2019 年的觀測(cè)結(jié)果顯示強(qiáng)鋒面不僅出現(xiàn)在20m 深度, 還出現(xiàn)在表層沿岸部分(圖3e、3f), 這可能是由于該年西南季風(fēng)異常強(qiáng)勁, 其驅(qū)動(dòng)的Ekman 離岸輸運(yùn)增強(qiáng)了上升流, 從而突破沖淡水的層結(jié)阻礙, 將下層低溫海水向上輸運(yùn)并到達(dá)表層。

為了探討鋒面的三維結(jié)構(gòu)特征, 本文選取2017年現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的兩條斷面D1 和D2 作為典型斷面(位置見(jiàn)圖3a), 對(duì)鋒面結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步分析。D1 斷面位于汕頭灣(117°E), 受西南季風(fēng)和地形影響, 是粵東—閩南沿岸溫度鋒的主要發(fā)生區(qū)域。斷面觀測(cè)結(jié)果顯示, 沿岸海水溫度僅為23～25℃, 較外海溫度低2～3℃, 并在離岸20km 處出現(xiàn)等溫線露頭, 形成明顯的溫度鋒(圖4a)。該典型溫度鋒(0.12℃·km-1)寬度可達(dá) 50km, 影響深度可延伸至海底之上35m(圖4b)。在鋒面與海底地形之間, 底部冷水(23℃)沿地形向岸抬升, 表明該區(qū)域存在明顯的上升流, 可將40m 深的海水帶至表層, 并引起從海表延伸至海底的強(qiáng)鋒面。

D2 斷面位于珠江口外, 主要受西南季風(fēng)和珠江沖淡水作用影響, 也是夏季形成溫度鋒的主要區(qū)域之一。珠江口沖淡水帶來(lái)的高溫低鹽水可影響至10m 層左右, 增大了水體層結(jié), 不利于在表層形成溫度鋒面。因此, 該斷面等溫線分布較D1 斷面平坦, 特別是上10m 層沒(méi)有出現(xiàn)明顯的等溫線露頭。次表層以下(20m 以下)沿海底地形抬升的冷水顯示珠江口外海也存在溫度鋒面(圖4c、4d), 該溫度鋒強(qiáng)度遠(yuǎn)弱于D1 斷面, 為0.1℃·km-1, 原因可能是后者受到特殊地形的強(qiáng)化作用。根據(jù)計(jì)算的理查森數(shù)結(jié)果顯示, D1 斷面次表層出現(xiàn)了一階理查森數(shù)特征, 而表層層結(jié)穩(wěn)定的D2 斷面則并未出現(xiàn)相應(yīng)的結(jié)果, 這表明D1 典型鋒面海域可能存在鋒面不穩(wěn)定過(guò)程。

2.2 基于數(shù)值模擬的鋒面動(dòng)力學(xué)特征

為了討論鋒面動(dòng)力過(guò)程, 本文利用1.5km 高分辨率數(shù)值模式ROMS1 模擬的第21 年7 月4 日的結(jié)果(圖5)作進(jìn)一步分析。模擬結(jié)果的診斷分析表明, 表層水平浮力梯度在上升流鋒面區(qū)域顯著增強(qiáng), 量值可達(dá)10-6s-2, 比非鋒面區(qū)域大一個(gè)量級(jí)(圖5b), 與其他船測(cè)、模式結(jié)果一致(Yang et al, 2017; Lin et al, 2020), 表明上升流在該區(qū)域引起了明顯的密度鋒面, 可為鋒面不穩(wěn)定的發(fā)生提供有利條件。由于珠江口外海鋒面影響因素復(fù)雜且其強(qiáng)度遠(yuǎn)弱于粵東—閩南沿岸鋒面, 故本文選取D1 斷面相同位置的結(jié)果進(jìn)一步分析鋒面的動(dòng)力過(guò)程及其不穩(wěn)定機(jī)制。

根據(jù)模式溫鹽斷面和浮力頻率圖(圖6a、6b)顯示, 模式模擬的鋒面垂向結(jié)構(gòu)和D1 斷面觀測(cè)結(jié)果基本吻合, 低溫高鹽的底層水均沿地形向岸爬升, 強(qiáng)浮力頻率出現(xiàn)在密躍層附近, 可能是由于上升流 的存在增強(qiáng)了密度層結(jié)。同樣地, 模擬的鋒面寬度約為50km, 與觀測(cè)結(jié)果保持一致, 模擬的溫鹽水平分布與觀測(cè)結(jié)果趨勢(shì)相同, 垂向?qū)咏Y(jié)相似(圖6b、6c), 表明該模式成功地模擬了粵東陸架海域的基本水動(dòng)力環(huán)境。診斷結(jié)果顯示, 在所研究的斷面上, 水平浮力梯度高值同樣出現(xiàn)在鋒面區(qū)域且沿著鋒面延伸至底部(圖7a), 有利于增強(qiáng)鋒面的斜壓性和引起非地轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。從量級(jí)上看, 負(fù)Ertel 位渦主要由Ertel位渦斜壓分量所貢獻(xiàn)(圖7b、7c), 表明鋒面的強(qiáng)水平浮力梯度顯著減小了Ertel 位渦, 為負(fù)Ertel 位渦的形成提供了有利條件。結(jié)合理查森數(shù)垂向分布顯示, 海洋上層和底層存在小于1 的理查森數(shù), 且出現(xiàn)負(fù)Ertel 位渦(圖7d), 這進(jìn)一步表明鋒面區(qū)域易發(fā)生非地轉(zhuǎn)斜壓不穩(wěn)定(例如對(duì)稱不穩(wěn)定)。已有的研究表明, 鋒面不穩(wěn)定過(guò)程能夠有效釋放鋒面的有效位能和地轉(zhuǎn)動(dòng)能, 使鋒面發(fā)生再層化, 最終瓦解鋒面至穩(wěn)定層結(jié)(Capet et al, 2008; Brannigan et al, 2017; Qiu et al, 2019)。

隨著Ertel 位渦的減小, 多種不穩(wěn)定易被觸發(fā)。根據(jù)理查森數(shù)垂向分布顯示, 海洋上層和底部邊界層存在小于1 的理查森數(shù)(圖7d), 表明鋒面區(qū)域是對(duì)稱不穩(wěn)定和K-H 不穩(wěn)定的活躍區(qū)域, 暗示鋒面地轉(zhuǎn)動(dòng)能被正向串級(jí)至小尺度耗散。在本研究所關(guān)注的陸架鋒面區(qū)域, 風(fēng)速和流速方向基本一致, 呈現(xiàn)典型的沿鋒面射流風(fēng)場(chǎng), 引起正的EBF 分布(圖8), 表明沿鋒面方向的風(fēng)應(yīng)力引起跨鋒面的Ekman 輸送, 將冷水向暖水側(cè)輸運(yùn), 增強(qiáng)了鋒面區(qū)域的水平浮力梯度和流場(chǎng)剪切, 減弱了水體層結(jié), 有助于減小Ertel 位渦。正EBF 峰值與負(fù)Ertel 位渦峰值的高度一致性, 表明夏季西南季風(fēng)引起的跨鋒面Ekman 輸送是導(dǎo)致南海北部鋒面出現(xiàn)非地轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的主要原因之一。

3 總結(jié)

本文利用衛(wèi)星遙感和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料, 結(jié)合高分辨率ROMS 數(shù)值模擬, 對(duì)南海北部粵東典型陸架鋒面的動(dòng)力特征進(jìn)行了分析, 并初步探討了風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫引起鋒面非地轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的動(dòng)力原因。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和衛(wèi)星遙感資料顯示, 夏季南海北部粵東海域存在顯著的陸架鋒面。其中, 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的溫度鋒強(qiáng)度達(dá)到0.06℃·km-1, 而同期衛(wèi)星觀測(cè)的海表溫度鋒強(qiáng)度僅為0.015℃·km-1, 遠(yuǎn)小于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果, 這可能是由于GHRSST 為日平均融合數(shù)據(jù)集, 使得現(xiàn)場(chǎng)觀 測(cè)和衛(wèi)星遙感結(jié)果在日尺度上有偏差。高分辨率數(shù)值模擬和相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的診斷分析結(jié)果表明, 跨陸架的Ekman 水平輸運(yùn)能夠?qū)h面處的冷水向暖水側(cè)輸運(yùn), 這增強(qiáng)了鋒面海域的水平浮力梯度, 減弱了層結(jié), 表現(xiàn)出具有一階理查森數(shù)的動(dòng)力學(xué)特征, 為鋒面非地轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的發(fā)生提供了有利條件。在大氣強(qiáng)迫作用下, 鋒面區(qū)域顯著增強(qiáng)的水平浮力梯度能夠主導(dǎo)EPV 的斜壓分量, 有利于減小Ertel 位渦和亞中尺度對(duì)稱不穩(wěn)定的發(fā)生。因此, 夏季西南季風(fēng)不僅是南海北部粵東陸架溫度鋒面形成的重要驅(qū)動(dòng)力, 同時(shí)也是鋒面海域發(fā)生不穩(wěn)定的關(guān)鍵強(qiáng)迫因素。