基于海面卫星测高数据的台湾东北海域涡旋多年时空变化

摘要

物理海洋学已进入中尺度涡旋的研究时代。涡旋是海洋水文环境的最直接反映，是海流流速、流量变化以及海流转向的直观反映，并是能量、物质传输的一种重要载体。对一个海域内涡旋的整体时空变异规律的研究能更好地把握区域内流场的构成、演化及传输过程；而分别对气旋式涡旋和反气旋式涡旋时空变异规律研究，能对海洋中的大、中尺度海洋现象的产生、演化及动力机制等提供理论和技术支持，在气候预报、渔业生产和军事海洋学上也具有特殊含义。
　　 本文利用1992年到2009年18年AVISO的海面高度异常数据，在Matlab平台上插值并剔除地形影响，然后使用经典地转流公式计算地转流，并使用基于Okubo-Weiss函数的涡核边界提取技术，从流场中提取出涡核，剔除其不合理部分；综合前人的研究中台湾东北涡旋的多发区域，将台湾东北部海域划分为四主要区域，台湾西北部海域，台湾东部苏澳北沿岸海域，彭佳屿附近海域和钓鱼岛附近海域，对台湾东北海域涡旋的变化特征、逐年季、月变化特征及气旋涡与反气旋涡的空间变化规律一致性等进行研究，结论如下：
　　 (1)按划分四个区域对台湾东北部涡旋出现的次数进行统计得到，气旋涡和反气旋涡在各划分区域均有出现；研究区域内涡旋分布具有明显的季节变化，气旋涡春季出现在台湾北部及彭佳屿附近海域，夏季东移出现在钓鱼岛附近海域，秋季西移主要出现在台湾北部沿岸海域，冬季继续西移出现在台湾北部沿岸海域。反气旋涡春季出现在钓鱼岛附近海域，夏季西移出现在台湾北部沿岸海域，秋季东移出现在钓鱼岛附近海域，冬季西移出现在台湾彭佳屿附近海域。
　　 (2)按年份统计四个区域中涡旋的季节变化，春、夏、秋无明显变化规律，冬季，气旋涡有五年周期；反气旋涡除1997年，2007年外均稳定的出现在彭佳屿到钓鱼岛之间海域。气旋涡和反气旋涡经常成对出现，且同步的东西向摆动，涡旋的季节性位置变化有着很好的一致性。
　　 (3)对台湾东北海域涡旋，按月份取平均发现涡旋数量上，气旋涡在前半年出现次数较少，后半年出现较多，其秋季达到出现次数的顶点；反气旋涡在上半年出现的次数较下半年多，其在春季达到出现数量的顶点在春夏、秋冬交替时出现的次数较少。按年份取平均，1999年出现涡旋数量的最大值，对于气旋涡，数量的统计上表现型为较为稳定上升，2001年以前，出现较大的波折上升，而2001年以后波的的振幅明显放缓；反气旋涡出现较大的波折现象，1999年出现了涡旋数量的最大值。
　　 (4)在台湾东北海域有涡旋常年存在，表现为气旋涡和反气旋涡。由Q/q0分布图可以清晰的看到，1月－5月，9月－12月均有明显的极值点出现，而6月－8月亦有极值点出现，只是强度相对较弱。在对各年的月际分布统计中，1月，5月，8月，11月，涡旋的位置相对比较稳定，而其它月份处于季节的交替时间，受海流、海温的上升或下降速率影响，出现不规则的变化，位置不稳定；而年份中的1997年、和1998年在各月际分布中都有异常现象出现，和其它年份涡旋出现的位置有较大的差异，可能与1997年，1998年的厄尔尼诺事件有关。
　　 (5)通过对黑潮表层主轴季节摆动规律和涡旋季节分布规律的对比发现：涡旋的空间分布变化是黑潮的周期摆动和台湾东北的海底地形共同作用的结果，其中黑潮流经基隆海谷、棉花峡谷和北棉花峡谷时的分流作用决定了气旋涡产生位置；同时黑潮分支向东沿陆架转向形成反气旋涡。
　　 (6)通过与台风资料的对比发现：夏、秋季的热带气旋的随机出现是造成涡旋空间分布变化的主要原因；与表面海温资料对比发现，春、秋季涡旋的分布形态在海温偏低时和冬季相近；当海温偏高时和夏季相近。
　　 (7)气旋涡与反气旋涡的位置变化一至性表明：通过涡旋变化规律的研究能更好的反演黑潮表层主轴的摆动变化规律。