南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究

摘 要：本文针对南海中尺度涡旋的经年变动特性，结合理论实践，在简要阐述中尺度涡旋概念和分类的基础上，分析了南海中尺度涡旋对海洋水文物理性质造成影响，最后深入分析了南海中尺度涡旋的经年变动特性。得出中尺度涡随季节变化比较明显，需要加大对中尺度涡旋的研究力度，才能降低对南海海洋水文物理性质影响的结论，希望对相关单位有一定帮助。

关键词：南海；中尺度涡旋；海洋水文物理性质；经年变化特征

引言：近年来，南海物理海洋方面的研究不断深入，其研究的广度和深度都已经达到了前所未有的水平。这在一定程度上揭示了我国南海海洋学的研究方向。随着高精度、高分辨率卫星遥感资料的大量应用，使得我国南海海洋学的研究逐步向更高的方向发展，在这样的基础上开展南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究，就显得尤为重要。

1、中尺度渦旋的概念和种类

中尺度涡旋在也被称之为天气式海洋涡旋，指的是海洋中直径在100～300km之间，寿命在2～10个月之间的涡旋。和常规相比，中尺度涡旋的直径更大且寿命更长，但比海洋中终年存在的海洋大环流寿命比较短，因此，被相关专家称为中尺度涡旋。

根据中中尺度涡旋气旋方式的不同，大体上可以分为两大类，一类气旋式涡旋，在北半球呈现逆时针旋转，此种涡旋中心海水的运动方式为从下到上，从而把海洋中下层的冷水，提升到上层较暖的海水中，促使涡旋内部的水温略低于四周的海水水温，因此，也被称之为冷涡旋；另一类是反气旋式涡旋，在北半球呈现顺时针选择，其运动方式为自上而下，把海洋上层中的温度较高海水融入到下层温度较低的海水中，因此，其内部温度略高于四周温度，也被称之为暖涡旋。中尺度涡旋会改变流经海区原有的海水运动，使得海流的方向变化多端，流速增大数倍至数十倍，并伴随有强烈的水体垂直运动。旋涡中心势能最大，越远离中心，势能越小【1】。

2、中尺度涡旋对南海水文物理性质的影响

2.1中尺度涡旋对SST的影响

气旋和反气旋式中尺度涡旋，分别对应着低海面高度和高海面高度，在地转的作用下，可促使南海海水发生幅散和幅聚，此时会引起海面上层和下层的上升下降来进行科学合理的补充，使得南海海面呈现出低和高的SST。这一点也是中尺度涡旋呈现冷涡和暖涡之分的主要原因。大量研究表明，中尺度涡旋对SST的影响，不仅是由于其所引起上升后者下降流所造成的，而且中尺度涡旋对背景SST也有一定的搅拌的作用。而南海海洋锋面位置SST的梯度比大，在中尺度涡旋的搅拌下，会把南海中的冷水带到暖水出，也可以把暖水带到冷水区域，从而引起SST发生变化，就会产生一系列连锁效应，最典型的效应就是中尺度涡旋可以改变南海海气的热通量。

2.2中尺度涡旋对南海中盐、粒子运输的影响

中尺度涡旋会对南海海洋的背景场会产生一种不规则的脉动，其产生的脉动流速和脉动温度有共同作用，就会产生涡旋的热运输，大量研究，此种运输作用和背景平流有非常大的影响。

2.3中尺度涡旋不但进行自身旋转，还能不断“迁移”

通过高度计计量的结果可知，南海中尺度涡旋和长Rossby波速相近的速度向西传播，这一点就充分说明，南海中尺度涡旋正是以Rossby波的局地表现形式。因此，南海中海洋的能量可不断过程向西传播，从而影响整个海水的环流前进情况。

3、南海中尺度涡旋的经年变动特性

3.1研究区域

选择5°～30°N、110°～135°E的低维度南海海域为主要研究对区域，从2000年～2017年北斗卫星导航海面高度计计量的数据，来对南海海域中尺度涡旋的传播特性以及强度变化特征来进行分析。该研究区域为南海西沙群岛，在其东侧有世界上第二大洋流—黑潮。

3.2数据来源和处理

本文在研究过程中，主要采用了2010年～2017年的卫星海面高度数据，主要由中国宇航局检测，有两颗卫星来实时观测，观测的数据包括：南海海面高度距平数据和延时更新海平面距平数据。两颗卫星搭载的海面高度设计观测时间间隔为10.12天，在中纬度上轨道间距在300km～400km之间，有效保证了各项数据的真实性和可靠性，为南海中尺度涡旋的经年变动特性研究，提供了真实有效的数据支持，大大提升中尺度涡旋经年变动特性研究分析的准确性和效率【2】。

在数据处理中，采用了Ichikawa最适内插法，网格化的时间和空间分辨率，在本次南海中尺度涡旋的经年变动特性研究中，研究数据使用的时间间隔为8天，空间分辨率为1/4°X1/4°的相关数据。

在具体研究过程中，为最大限度上保证南海中尺度涡旋经年变动特性研究的准确性和质量，采用了全时段卫星检测数据的平均值，并消除了热力学成分而引起海面高度的季节性变动。如果设定南海海面高度变化的季节特性呈现正弦性，则可通过离散傅里叶方法来主动消除季节性变化，就可以得到南海海面高度距平的主要时间序列，然后通过利用相应的公式就可以计算出南海海面高度距平计算地转速的实际数值，具体计算公式为：

这两个公式中，u表示南海地转流速的东西向分量；v表示南海地转流速的南北向分量；f表示科氏力；h则表示海面高度距平；g表示重力加速度。

3.3南海中尺度涡旋经年变化特性

通过对相关数据分析可知，在每年的动机和春季，南海巴士海峡东侧会受到冷涡的侵袭，冷涡的前进方向为自西向东不断移动，而在夏季时则会受到暖涡的侵袭，暖涡的前进方向也自西向东【3】。

从大量数据中可以看出，在南海中会出现很多涡旋，既有冷涡也有暖涡，但无论何种中尺度涡旋，普遍具有自西向东的涡旋变化特性。其中大约75%的中尺度涡旋传播方式和Rossb波的传播形式基本相同，从海量数据中可知，在南海中经常发生冷涡和暖涡相互交替出现的现象，都具有Rossby波传播的特性，可以为后期研究提供参考依据。

就南海夏季中尺度涡旋而言，暖涡数量明显大于冷涡数量，而且暖涡的强度远远大于冷涡的强度。而就南海冬季涡旋而言，冷涡的数量远大于暖涡数量，冷涡的强度也大于暖涡的强度。

4、结束语

综上所述，本文结合理论实践，深入研究了南海中尺度涡旋的经年变化特性，通过对2000年～2017年卫星高度计数据的分析，得出了南海中尺度涡旋的传播特性和强度变化情况，具体如下：

（1）充分验证了南海巴士海峡东侧中尺度涡旋西向传播特性，其中80%的中尺度涡旋和Rossby波的传播特性基本相一致。甚至部分强度比较大的中尺度涡旋甚至可以直接穿过巴士海峡并持续向西传播，在海洋环流的影响下，其强度会逐渐降低，最后消失。

（2）南海中尺度涡旋具有非常明显的季节特性，比如：南海夏季暖中尺度涡旋的数量明显大于冷中尺度涡旋，同时暖中尺度涡旋的强度也明显大于冷中尺度涡旋的强度。在冬季南海冷中尺度涡旋的数量则明显大于冷中尺度涡旋的数量，此时冷中尺度涡旋的强度远远大于暖中尺度涡旋的强度。

（3）同时黑潮对南海中尺度涡旋也有非常大的影响，研究表明，在海潮的作用下，可促使南海中尺度涡旋向北偏移一定的角度，同时还能大幅度降低中尺度涡旋的强度。

参考文献：

[1]王思源.关于南海中尺度涡旋的经年变动特性的研究[J].黑龙江科技信息，2017（07）：128-129.

[2]黄亚文，华丽娟，钟霖浩，冯士德.南海中尺度涡旋的统计特征（英文）[J].中国科学院大学学报，2016，33（01）：97-106.

[3]杜云艳，王丽敬，樊星，周成虎.基于GIS的南海中尺度涡旋典型过程的特征分析[J].海洋科学，2014，38（01）：1-9.

作者简介：

单哲毅（1996-）、男、汉、天津、国防科技大学气象海洋学院、本科、军事海洋学