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海洋中尺度涡作为物质循环、能量串级和信息传递的关键尺度和重要环节,具有丰富的热动力学内涵。文章基于中国近海及毗邻海域的涡动能分区,重点综述中尺度涡的运动属性、动力学本质和局地特征,从尺度局限与尺度关联的角度阐示中尺度涡旋的扰动生成、传播、能量级联和耗散,及其在海洋多尺度动力过程、热盐配置、生源要素调控和中尺度海气相互作用中的影响,并就相关科学问题和进展提出研究建议。研究结果表明：研究中尺度涡的演变规律对理解海洋物质能量传递的多维度层次、尺度规模和过程形式具有重要意义,需整体加深海洋中尺度涡自适应观测和可预报性研究,增强海洋中尺度涡的尺度演绎分析和特异性分析,建立从天气尺度到气候环境变化、生物生态影响以及致害致灾风险的能量信息通道,构建中观海洋生态系统动力学理论与模型,探索海洋中尺度涡精细化灾害风险预评估区划和安全保障新途径。 相似文献
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本研究通过OW（Okubo Weiss）参数和闭合等值线相结合的方法自动识别西北太平洋（0°—45°N,120°—180°E）中尺度涡并跟踪后续中尺度涡,分析了不同寿命中尺度涡的季节变化、年际变化、数量特征以及动力学参数等。研究发现,不同寿命中尺度涡的数量高峰时间在不同程度上晚于气象上最冷月份约1~3个月。与其他寿命中尺度涡不同,中等寿命中尺度涡的气旋涡（33.9 cm/s）比中等寿命中尺度涡的反气旋涡（16.9 cm/s）旋转得更快,季节变化最为显著。冬季更适于西北太平洋中尺度涡的发生与发展,并且在寿命上,更易发展为中等寿命涡旋。不同寿命中尺度涡的月数量变化都存在3个明显的周期性变化（第一主周期、第二主周期、第三主周期）,根据不同主周期的时间尺度长短,它们的影响因子分别可能是太阳辐射、ENSO现象、季节变化。从地理分布看,不同寿命中尺度涡高频区分布并不完全一致。从涡旋平均振幅地理分布看,中等寿命中尺度涡在高频区拥有最大的涡旋平均振幅（15~25 cm）,短寿命中尺度涡次之（15~20 cm）,长寿命中尺度涡的平均振幅最小（10~16 cm）。从涡旋半径地理分布看,长寿命中尺度涡仅在副热带逆流区有较大的平均半径（20~30 km）,中等、短寿命中尺度涡在研究区域北部均有着较大的平均半径（30~45 km）。从动力学参数看,西北太平洋中尺度涡的动力学参数在寿命中期并非是最高值,约在寿命的前三分之一达到第一个高值,然后小幅下降,保持稳定,直到寿命的后三分之一小幅上升,达到第二个高值,然后迅速下降直至数值为零。 相似文献
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海洋湍流的基本结构之一是各种尺度的涡旋,既有构成背景场流的随机小尺度涡旋,又有在统计意义上存在拟序结构的中尺度涡。针对印度洋广泛存在的中尺度涡,研究使用长时间序列、空间分布均匀的卫星测高数据,开展了印度洋中尺度涡遥感调查和结果验证。结果显示,印度洋中尺度涡主要分布在南印度洋南极绕极流区域、澳大利亚西部海域、莫桑比克海峡以及北印度洋的阿拉伯海以及孟加拉湾。北印度洋由于空间区域所限,其中尺度涡生命周期和移动距离均较小;而南印度洋存在大量长生命周期的中尺度涡,部分涡旋可以横跨整个南印度洋运动。基于ARGO现场观测数据以及多源海洋三维再处理数据,对中尺度涡遥感调查结果进行了验证,中尺度涡表层遥感信号与水下温度信号显示了较好的一致性。 相似文献
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Rhines效应是指Rossby波和大湍流（中尺度涡）相互作用,将涡动能量以波的形式传播出去,从而使中尺度涡发生形变,最终消亡的一种动力学机制。本文通过比较海洋里涡特征速度和Rossby长波波速的方法,研究了一种广义的Rhines效应对高度计观测的海洋中尺度涡空间分布特征的影响。结果显示,广义Rhines效应比只考虑行星涡度梯度的传统形式对中尺度涡的分布具有更显著的影响。大部分中尺度涡分布在涡特征速度（Ue）大于由广义Beta值计算的Rossby长波波速（Ucg）的区域。这些涡可以由动能反向串级过程获取能量,成长为振幅和空间尺度较大的涡。热带海域以外的“涡旋沙漠”区域,中尺度涡的数量稀少,强度很弱,大都分布于Uecg的海域。广义Rhines效应可能是这些海域中尺度涡难以成长的动力学机制。 相似文献
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南海中尺度海洋现象研究概述 总被引：15，自引：1，他引：15
南海是一个地形复杂的半封闭海盆，受季风，黑潮等因素的作用南海呈现独特的中尺度变异特征，一些中尺度信号的强度可以和南海定常环流的强度相比拟，甚至更强，本文回顾了近20a来南海中尺度海洋现象研究的进展，并就南海的黑潮入侵，黑潮涡环，次海盆尺度多涡环流，浅海亚潮波动，近岸陷波，海洋锋等中尺度现象做若干探讨。 相似文献
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针对海洋中尺度涡对水声传播的影响,利用中尺度涡区的历史水文实测数据提取涡旋强度,空间尺度等中尺度涡特征参数,建立了海洋中尺度涡理论计算模型。运用MMPE水下声场模型仿真试验研究了涡旋性质、强度和位置、声源频率和置放深度对声传播特性的影响。结果表明：暖涡使得会聚区的位置“后退”,会聚区宽度增加;冷涡使得会聚区的位置“前移”,会聚区宽度减小。涡旋的强度越大,“前移”或“回退”的效应越显著。 相似文献
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中尺度涡是典型的海洋中尺度现象,开展中尺度涡研究具有重要的科学意义和实用价值,主要利用Okubo(1970)和Weiss(1991)提出的W方法和Nencioli等(2010)提出的几何学算法,针对数值模式输出产品开展了中尺度涡的自动识别与信息提取。结果表明,W方法和几何学方法均能够较好地识别出中尺度涡的位置,进而提取中尺度涡的半径、强度能信息,相比W方法,几何学方法能够识别出更多尺度相对较小的中尺度涡。同时,这两种自动识别方法也存在一定比例的漏判和错判的现象,进一步改进和完善中尺度涡的识别和信息提取算法仍然是必要的。 相似文献
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Dynamical analysis of mesoscale eddy-induced ocean internal waves using linear theories 总被引：3，自引：1，他引：2
This study aims to explore generation mechanisms of the ocean internal wave using the dynamical analysis methods based on linear theories. Historical cruise measurements and recent synthetic aperture radar （SAR） observations of mesoscale eddies with diameter of several tens of kilometers to hundreds of kilometers show that the internal wave packets with wavelength of hundreds of meters to kilometer exist inside the mesoscale eddies. This coexistence phenomenon and inherent links between the two different scale processes are revealed in the solutions of governing equations and boundary conditions for the internal wave disturbance with a horizontally slowly variable amplitude in a cylindrical coordinate system. The theoretical solutions indicate that the instability of eddy current field provides the dynamical mechanism to internal wave generation. The derived dispersion relation indicates that the internal wave propagation is modified by the eddy current field structure. The energy equation of the internal waves clearly shows the internal wave energy increment comes from the eddy. The theoretical models are used to explain the observation of the mesoscale eddy-induced internal waves off the Norwegian coast. The two-dimensional waveform solution of the anticyclonic eddy-induced internal wave packet appears as ring-shaped curves, which contains the typical features of eddy stream lines. The comparison of theoretical solutions to the structure of the internal wave packets on SAR image shows a good agreement on the major features. 相似文献
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海洋中尺度涡在本质上是属于满足准地转平衡的大尺度运动,因此理论上,其在短时间内的运动将主要受到准地转平衡关系的约束,而外部强迫场的影响在短期内不会明显改变其运动特征。基于上述思想,我们提出了一种基于四维变分同化初始场的中尺度涡旋预报方案。为了检验该方案的可行性,本文使用区域海洋模式(regional ocean modeling system, ROMS)和其内建的增量强约束四维变分同化(incremental strong constraint four dimensional variational, I4D-Var)模块,建立了一个南海海洋同化模拟系统。首先,通过I4D-Var方法将AVISO卫星高度计资料同化到海洋数值模拟中,获得了理想的中尺度涡同化模拟结果。同化、模式模拟和观测三者的中尺度涡统计结果表明,该同化系统模拟的南海中尺度涡的路径、半径、海表高度异常和振幅等特征信息与AVISO(Archiving ValidationandInterpolationofSatelliteOceanographicData)观测结果高度吻合,同时在深度上的分析表明,涡旋对应的温度、盐度和密度均得到有效的调整。然后,将该同化系统的模拟结果做为初始场,对某一特定时段的南海中尺度涡进行了后报模拟和结果的定量化分析。通过比较后报模拟与观测资料中对应涡旋的海表面高度异常(sea surface height anomalies, SSHA)相关系数、涡心差距和半径绝对误差,证明该方案的中尺度涡后报时效至少可达10 d以上。后报实验结果验证了该中尺度涡预报方案的可行性,从而为中尺度涡的预报提供一定的理论基础和可行性方案。 相似文献
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水下滑翔机是一种浮力驱动的无人水下自治观探测平台, 具有持续性、鲁棒性、自主性等特点, 是构建海洋观测技术体系重要的水下航行器之一。文章从水下滑翔机发展历程、运行方式和专用传感器展开, 基于国内外海洋学文献综述研究, 重点对水下滑翔机在典型海洋现象观测应用方面进行总结。水下滑翔机的运行稳定性、长时续, 观测高分辨率、低成本的特点, 满足了对海洋中尺度涡、内波、湍流、环流/边界流和锋面的长时间、精细化立体观测要求; 鲁棒性、自主性的特点使其能够适应台风过境、地震、原油泄漏前后等紧急恶劣海洋状况的监测; 运行平稳、低噪声的特点使其成为声学监测与探测的良好平台。对比分析国内外的水下滑翔机(组网)应用状况可以发现, 国内水下滑翔机在传感器、数据处理和组网技术方面都需要进一步完善。最后总结并展望了国内外水下滑翔机面向海洋现象观测的应用。 相似文献
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中国Argo计划:Argo观测和资料应用进展 总被引：2，自引：0，他引：2
文章回顾了中国Argo计划已经取得的成果,主要包括中国Argo观测网的建设、浮标技术、数据质量控制及共享等。同时,讨论了Argo数据产品的开发以及数据在海洋、气象和大气研究中的应用,特别是在热带气旋（台风）、海洋环流、中尺度涡、湍流、海水热盐储量与输送、大洋水团,以及海洋、天气/气候业务化预测预报中的应用。最后,文章阐述了中国Argo海洋观测网长期维护和持续发展所面临的挑战和机遇,我们应在印度洋增加浮标数量,同时建立南海Argo区域海洋观测网,促进Argo资料在东南亚和印度洋沿岸国家的应用。 相似文献
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Baiyang Chen Lingling Xie Quanan Zheng Lei Zhou Lei Wang Baoxin Feng Zipeng Yu 《海洋学报(英文版)》2020,39(12):11-20
Using the mesoscale eddy trajectory atlas product derived from satellite altimeter data from 1993 to 2016, this study analyzes statistical characteristics and seasonal variability of mesoscale eddies in the Banda Sea of the Indonesian seas. The results show that there were 147 mesoscale eddies that occurred in the Banda Sea, of which 137 eddies were locally generated and 10 originated from outside. The total numbers of cyclonic eddies (CEs, clockwise) and anticyclonic eddies (AEs, anticlockwise) are 76 and 71, respectively. Seasonally, the number of CEs (AEs) is twice larger than the number of AEs (CEs) in winter (summer). In winter, CEs are distributed in the southern and AEs in the northern basins, respectively, but the opposite thing occurs in summer, i.e., the polarities of mesoscale eddies observed at the same location reverse seasonally. The mechanisms of polarity distribution reversal (PDR) of mesoscale eddies are examined with reanalysis data of ocean currents and winds. The results indicate that the basin-scale vorticity, wind stress curl, and the meridional shear of zonal current reverse seasonally, which are favorable to the PDR of mesoscale eddies. The possible generation mechanisms of mesoscale eddies include direct wind forcing, barotropic and baroclinic instabilities, of which the direct wind forcing should play the dominant role. 相似文献
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次中尺度过程的水平空间尺度约为0.1~10km, 时间尺度约为1天, 里查森数和罗斯贝数为0(1), 能有效地从中尺度环流中汲取能量向小尺度湍流串级, 并对上层海洋物质的垂向交换有着重要影响。本文基于水平分辨率为~500m的高分辨率ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟结果, 采用方差椭圆方法, 评估了黑潮延伸体海域上层海洋次中尺度涡旋的各向异性特征, 并探讨了涡旋各向异性值的大小与次中尺度过程特征参数的相关性。研究结果表明, 黑潮延伸体主轴强流区域的次中尺度涡旋各向异性值明显小于两侧海域, 主轴区域的次中尺度涡旋特征明显强于流轴两侧海域, 各向异性值与次中尺度过程的强弱有着较为显著的负相关关系, 表明次中尺度过程具有较小的各向异性特征(更趋各向同性)。方差椭圆表征了涡与平均流相互作用过程中的能量反馈机制, 较大的各向同性特征意味着动能更趋正向串级。 相似文献
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中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览 总被引：2，自引：2，他引：0
魏泽勋 郑全安 杨永增 刘克修 徐腾飞 王凡 胡石建 谢玲玲 李元龙 杜岩 周磊 林霄沛 胡建宇 朱建荣 李均益 张正光 侯一筠 刘泽 田纪伟 黄晓冬 管玉平 刘志宇 杨庆轩 赵玮 宋振亚 刘海龙 董昌明 于卫东 连涛 陈朝晖 史久新 雷瑞波 刘煜 于福江 尹宝树 陈戈 王岩峰 李整林 熊学军 汪嘉宁 李晓峰 王永刚 《海洋学报》2019,41(10):23-64
本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团，以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强，研究领域不断拓展，涌现了大量具有广泛影响力的研究成果，其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”，发展了第三代海浪数值模式；提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法；发现并命名了“棉兰老潜流”，揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等，系统描述了太平洋西边界流系；提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流)；不断完善了中国近海陆架环流系统，在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流，以及陆架波方面均取得了深刻的认识；从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结；发展了浅海水团的研究方法，基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制，在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献；阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制，揭示了中尺度涡的三维结构，定量评估了其全球物质与能量输运能力；基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征，提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制；构建了“南海内波潜标观测网”，实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识；发展了湍流的剪切不稳定理论，提出了海流“边缘不稳定”的概念，开发了海洋湍流模式，提出了湍流混合参数化的新方法等；在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识，并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响；研发了全球浪–潮–流耦合模式，推出一系列海洋与气候模式；发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统；建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台；发展了ENSO预报的误差分析方法，建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系，揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应；初步建成了中国近海海洋观测网；持续开展南北极调查研究；建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统，为中国气象减灾提供保障；突破了国外的海洋技术封锁，研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器；建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型，为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示，经过70年的发展，中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍，这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。 相似文献
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为了最终实现对海洋中尺度涡流(简称中尺度涡)的自动采样,首先应该发展中尺度涡动态特征识别技术。本文基于SLA(Sea Level Anomaly)数据,实现了对中尺度涡动态特征的检测算法。主要内容是制定了一个判别相邻两组SLA数据中的涡流,是否为同一涡流子在不同时刻的状态的标准,即判别下一时刻SLA数据中是否存在涡流是由上一时刻确定的被检测涡流演化而来的。通过确定这种进化关系,可以得到被检测涡流的一系列动态状态信息,例如:面积变化速率、中心移动情况以及其他情况。本算法的计算量不大,从而可以应用到实时涡流跟踪的环境中。值得注意的是,本文中的算法不仅仅局限于应用SLA数据,SSH(Sea Surface Height)等大部分反映海洋高度的数据也可以使用。 相似文献
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Mesoscale eddies, which are mainly caused by baroclinic effects in the ocean, are common oceanic phenomena in the Northwest Pacific Ocean and play very important roles in ocean circulation, ocean dynamics and material energy transport. The temperature structure of mesoscale eddies will lead to variations in oceanic baroclinity, which can be reflected in the sea level anomaly (SLA). Deep learning can automatically extract different features of data at multiple levels without human intervention, and find the hidden relations of data. Therefore, combining satellite SLA data with deep learning is a good way to invert the temperature structure inside eddies. This paper proposes a deep learning algorithm, eddy convolution neural network (ECN), which can train the relationship between mesoscale eddy temperature anomalies and sea level anomalies (SLAs), relying on the powerful feature extraction and learning abilities of convolutional neural networks. After obtaining the temperature structure model through ECN, according to climatic temperature data, the temperature structure of mesoscale eddies in the Northwest Pacific is retrieved with a spatial resolution of 0.25° at depths of 0–1 000 m. The overall accuracy of the ECN temperature structure is verified using Argo profiles at the locations of cyclonic and anticyclonic eddies during 2015–2016. Taking 10% error as the acceptable threshold of accuracy, 89.64% and 87.25% of the cyclonic and anticyclonic eddy temperature structures obtained by ECN met the threshold, respectively. 相似文献