南海中尺度渦旋的經年變動特性的研究

摘 要：本文針對南海中尺度渦旋的經年變動特性，結合理論實踐，在簡要闡述中尺度渦旋概念和分類的基礎上，分析了南海中尺度渦旋對海洋水文物理性質造成影響，最后深入分析了南海中尺度渦旋的經年變動特性。得出中尺度渦隨季節變化比較明顯，需要加大對中尺度渦旋的研究力度，才能降低對南海海洋水文物理性質影響的結論，希望對相關單位有一定幫助。

關鍵詞：南海；中尺度渦旋；海洋水文物理性質；經年變化特征

引言：近年來，南海物理海洋方面的研究不斷深入，其研究的廣度和深度都已經達到了前所未有的水平。這在一定程度上揭示了我國南海海洋學的研究方向。隨著高精度、高分辨率衛星遙感資料的大量應用，使得我國南海海洋學的研究逐步向更高的方向發展，在這樣的基礎上開展南海中尺度渦旋的經年變動特性的研究，就顯得尤為重要。

1、中尺度渦旋的概念和種類

中尺度渦旋在也被稱之為天氣式海洋渦旋，指的是海洋中直徑在100～300km之間，壽命在2～10個月之間的渦旋。和常規相比，中尺度渦旋的直徑更大且壽命更長，但比海洋中終年存在的海洋大環流壽命比較短，因此，被相關專家稱為中尺度渦旋。

根據中中尺度渦旋氣旋方式的不同，大體上可以分為兩大類，一類氣旋式渦旋，在北半球呈現逆時針旋轉，此種渦旋中心海水的運動方式為從下到上，從而把海洋中下層的冷水，提升到上層較暖的海水中，促使渦旋內部的水溫略低于四周的海水水溫，因此，也被稱之為冷渦旋；另一類是反氣旋式渦旋，在北半球呈現順時針選擇，其運動方式為自上而下，把海洋上層中的溫度較高海水融入到下層溫度較低的海水中，因此，其內部溫度略高于四周溫度，也被稱之為暖渦旋。中尺度渦旋會改變流經海區原有的海水運動，使得海流的方向變化多端，流速增大數倍至數十倍，并伴隨有強烈的水體垂直運動。旋渦中心勢能最大，越遠離中心，勢能越小【1】。

2、中尺度渦旋對南海水文物理性質的影響

2.1中尺度渦旋對SST的影響

氣旋和反氣旋式中尺度渦旋，分別對應著低海面高度和高海面高度，在地轉的作用下，可促使南海海水發生幅散和幅聚，此時會引起海面上層和下層的上升下降來進行科學合理的補充，使得南海海面呈現出低和高的SST。這一點也是中尺度渦旋呈現冷渦和暖渦之分的主要原因。大量研究表明，中尺度渦旋對SST的影響，不僅是由于其所引起上升后者下降流所造成的，而且中尺度渦旋對背景SST也有一定的攪拌的作用。而南海海洋鋒面位置SST的梯度比大，在中尺度渦旋的攪拌下，會把南海中的冷水帶到暖水出，也可以把暖水帶到冷水區域，從而引起SST發生變化，就會產生一系列連鎖效應，最典型的效應就是中尺度渦旋可以改變南海海氣的熱通量。

2.2中尺度渦旋對南海中鹽、粒子運輸的影響

中尺度渦旋會對南海海洋的背景場會產生一種不規則的脈動，其產生的脈動流速和脈動溫度有共同作用，就會產生渦旋的熱運輸，大量研究，此種運輸作用和背景平流有非常大的影響。

2.3中尺度渦旋不但進行自身旋轉，還能不斷“遷移”

通過高度計計量的結果可知，南海中尺度渦旋和長Rossby波速相近的速度向西傳播，這一點就充分說明，南海中尺度渦旋正是以Rossby波的局地表現形式。因此，南海中海洋的能量可不斷過程向西傳播，從而影響整個海水的環流前進情況。

3、南海中尺度渦旋的經年變動特性

3.1研究區域

選擇5°～30°N、110°～135°E的低維度南海海域為主要研究對區域，從2000年～2017年北斗衛星導航海面高度計計量的數據，來對南海海域中尺度渦旋的傳播特性以及強度變化特征來進行分析。該研究區域為南海西沙群島，在其東側有世界上第二大洋流—黑潮。

3.2數據來源和處理

本文在研究過程中，主要采用了2010年～2017年的衛星海面高度數據，主要由中國宇航局檢測，有兩顆衛星來實時觀測，觀測的數據包括：南海海面高度距平數據和延時更新海平面距平數據。兩顆衛星搭載的海面高度設計觀測時間間隔為10.12天，在中緯度上軌道間距在300km～400km之間，有效保證了各項數據的真實性和可靠性，為南海中尺度渦旋的經年變動特性研究，提供了真實有效的數據支持，大大提升中尺度渦旋經年變動特性研究分析的準確性和效率【2】。

在數據處理中，采用了Ichikawa最適內插法，網格化的時間和空間分辨率，在本次南海中尺度渦旋的經年變動特性研究中，研究數據使用的時間間隔為8天，空間分辨率為1/4°X1/4°的相關數據。

在具體研究過程中，為最大限度上保證南海中尺度渦旋經年變動特性研究的準確性和質量，采用了全時段衛星檢測數據的平均值，并消除了熱力學成分而引起海面高度的季節性變動。如果設定南海海面高度變化的季節特性呈現正弦性，則可通過離散傅里葉方法來主動消除季節性變化，就可以得到南海海面高度距平的主要時間序列，然后通過利用相應的公式就可以計算出南海海面高度距平計算地轉速的實際數值，具體計算公式為：

這兩個公式中，u表示南海地轉流速的東西向分量；v表示南海地轉流速的南北向分量；f表示科氏力；h則表示海面高度距平；g表示重力加速度。

3.3南海中尺度渦旋經年變化特性

通過對相關數據分析可知，在每年的動機和春季，南海巴士海峽東側會受到冷渦的侵襲，冷渦的前進方向為自西向東不斷移動，而在夏季時則會受到暖渦的侵襲，暖渦的前進方向也自西向東【3】。

從大量數據中可以看出，在南海中會出現很多渦旋，既有冷渦也有暖渦，但無論何種中尺度渦旋，普遍具有自西向東的渦旋變化特性。其中大約75%的中尺度渦旋傳播方式和Rossb波的傳播形式基本相同，從海量數據中可知，在南海中經常發生冷渦和暖渦相互交替出現的現象，都具有Rossby波傳播的特性，可以為后期研究提供參考依據。

就南海夏季中尺度渦旋而言，暖渦數量明顯大于冷渦數量，而且暖渦的強度遠遠大于冷渦的強度。而就南海冬季渦旋而言，冷渦的數量遠大于暖渦數量，冷渦的強度也大于暖渦的強度。

4、結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，深入研究了南海中尺度渦旋的經年變化特性，通過對2000年～2017年衛星高度計數據的分析，得出了南海中尺度渦旋的傳播特性和強度變化情況，具體如下：

（1）充分驗證了南海巴士海峽東側中尺度渦旋西向傳播特性，其中80%的中尺度渦旋和Rossby波的傳播特性基本相一致。甚至部分強度比較大的中尺度渦旋甚至可以直接穿過巴士海峽并持續向西傳播，在海洋環流的影響下，其強度會逐漸降低，最后消失。

（2）南海中尺度渦旋具有非常明顯的季節特性，比如：南海夏季暖中尺度渦旋的數量明顯大于冷中尺度渦旋，同時暖中尺度渦旋的強度也明顯大于冷中尺度渦旋的強度。在冬季南海冷中尺度渦旋的數量則明顯大于冷中尺度渦旋的數量，此時冷中尺度渦旋的強度遠遠大于暖中尺度渦旋的強度。

（3）同時黑潮對南海中尺度渦旋也有非常大的影響，研究表明，在海潮的作用下，可促使南海中尺度渦旋向北偏移一定的角度，同時還能大幅度降低中尺度渦旋的強度。

參考文獻：

[1]王思源.關于南海中尺度渦旋的經年變動特性的研究[J].黑龍江科技信息，2017（07）：128-129.

[2]黃亞文，華麗娟，鐘霖浩，馮士德.南海中尺度渦旋的統計特征（英文）[J].中國科學院大學學報，2016，33（01）：97-106.

[3]杜云艷，王麗敬，樊星，周成虎.基于GIS的南海中尺度渦旋典型過程的特征分析[J].海洋科學，2014，38（01）：1-9.

作者簡介：

單哲毅（1996-）、男、漢、天津、國防科技大學氣象海洋學院、本科、軍事海洋學