至2018年海洋中尺度涡研究现状.docx

《至2018年海洋中尺度涡研究现状.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《至2018年海洋中尺度涡研究现状.docx（22页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、海洋中尺度涡的国内外研究概述、海洋中尺度涡研究的起源十九世纪三十年代之前，人们认为海洋的深处是平静的，由于缺乏精密的海洋观测手段，人们只能通过观察一些物理现象，发现大洋中的表层环流，建立起风生海流的理论口.然而，根据这种理论，并不能绘制出更为准确的大洋海流图,对于具体海流的动力及能量交换关系,难以做出令人信服的评价.1936年艾斯林(Iselin)就对中尺度涡旋进行了观测及记录，但当时没有给出的中尺度涡的概念，只认为是一种大范围的水温异常.1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号 一一Sputnik 1,对观察海洋现象起到了极大的推动作用.1958年，英国海洋学家

2、Swallow设计了一套用声学追踪在大洋中一定水层自由漂浮的“中性浮子”系统,对大西洋百慕大海域的底层海流进行测量.按照人们通常的看法,湾流区域内的海流是一支稳定、宽广的缓慢海流.而观测结果为那里的海流比预想的要大10多倍,而且在短短的10多千米距离之内，海流的流向竟完全相反；同时，在1个月左右的时间里海流就显示出相当大变化.这个发现引起了海洋学界的重视.1970年,前苏联的海洋科学家在热带大西洋东北部开展了以海流观测为主的多边形大洋实验(POLYGON),经过半年多的持续观测，在这个过去认为是弱流(流速为lcm/s左右)的海区里，存在着流速约为10cm/s、空间尺度为100km、时间尺度为几

3、个月的中尺度涡.1973年,美、英等国海洋学家进一步在热带大西洋西部的一个弱流区,进行了第一次中大洋动力学实验(MODE-1),观测结果与POLYGON大致相同.后来发现了越来越多的中尺度涡.从1975年开始,美苏等国的海洋学家开始进行一项规模巨大的中大洋动力实验一一POLYMOD,其重点是研究中尺度涡的动力学及其消长机制.1976年,伴随着卫星观测技术的广泛应用，先后发现了九十多处中尺度涡.例如，在南美洲的西海岸、澳大利亚东部和新西兰一带、非洲东岸和太平洋中部的夏威夷群岛等地附近海域，以及在印度洋西北地区、中国南海海域等,都能见到这种涡流.1978年，美国航空航天局(NASA)及美国海洋大气

4、局(NOAA)共同发射的第一颗海洋遥感卫星一一SEASET,其雷达应用了高压缩比的脉冲方式，促进了海洋中尺度研究的快速发展.1979年,我国的郑全安发表了关于海洋中尺度涡的文章,其中关于对大西洋湾流中尺度涡的研究，郑全安和袁业立对海洋中尺度涡的衰变过程进行了动力分析.此后,人们发现了越来越多的海洋中尺度涡,也受到了相关学者的更多关注.二、海洋中尺度涡相关研究大洋中尺度涡的发现是人类对大洋环流认识的一个突破性进展，它改变了人们对海流的传统看法.中尺度涡的旋转速度很大，而且边旋转边移动，表现出相当大的时间变化，小的直径仅几十千米，大的直径达数百千米；存在时间短则十几天，长则数年.中尺度涡是动力海洋

5、系统中普遍存在的组成成分，其蕴含的动能约占整个海洋流动能的80%.图 中国Argo 实时资料中心、：http:最近几年随着以Argo浮标系统为代表的新一代海洋观测平台日趋完善，并结合已经成熟的卫星高度计观测平台，还有现场温盐深剖面仪(CTD)、锚系声波多普勒海流剖面仪、拉格朗日漂流浮标、水下滑翔机、卫星合成孔径雷达和数值模拟等使我们具有了对中尺度涡从海表面到深层进行三维观察的能力，并且这些系统具有全球覆盖率，使得我们对中尺度涡的观察能力相对于只有高度计的时代有了质的飞跃.国内近期重点研究中尺度涡的有张正光、赵玮、田纪伟、张志伟、郑全安、袁业立、孙振宇、杨庆轩等学者.(1)海洋中尺度涡的模型研究

6、将经典非旋转流体力学中的涡旋概念引入到旋转流体中，甚至直接运用过来，建立了一批中尺度涡涡旋意义下的解析模型，用以描述中尺度涡的形态结构与运动特征.主要是上世纪六、七十年代由Glenn R. Flierh Mory, M和Aref, H., Siggia, E.D.学者在其发表的文章中给出了单涡模型5,6,偶极子模型，多涡系统相互作用的模型8,9.考虑海洋中尺度涡自东向西的运动与地球的旋转的P效应相关,Larichev, V.D.和Reznik, G为了解释这一现象，提出中尺度涡是Rossby波的模型1979年Berestov, A. L根据海洋中尺度涡据地孤立的特性提出其是Rossby(罗斯贝

7、)孤立波的模型12,13.另一方面,Killworth, P. D.在1983年从中尺度涡的积分性质去试图解释海洋中尺度涡在0平面下西移的特性口4/5.二十世纪八十年代中后期，卫星高度计所得的大范围覆盖能力的卫星图像对中尺度涡发现和研究发挥了重要作用，这一观测平台使得研究者可以得到全球分布的准确同步的海表面的观测序列，这使得对中尺度统计特征的研究成为可能.切尔顿和施莱克斯等在1996年尝试比较了从高度计中观测到的中尺度涡的西向移动速度与Rossby波理论预言的第一斜压模的速度，发现两者的变化存在一定程度的一致U6.二十世纪九十年代,Argo浮标的出现促进了中尺度涡研究的发展,Fu L L,Ch

8、eltonDB.提出实际的中尺度涡移动的速度要比第一斜压模的Rossby波快一倍17-18.张正光等在2014年从中尺度涡定义为位涡异常的角度,从观测给出中尺度涡的统一结构；给出中尺度涡一个概念上明确的定义；估计中尺度造成的巨大的水体通量以突显其在气候系统中可能扮演的重要角色19,20.张志伟、田纪伟等在2016年研究了关于南海东北部海洋中尺度涡的三维(3D)结构以及产生和消散系统完整的水深测量结果并进行整理.Zhang Z, Zhang Y, Wang W.等在2017年考虑加勒比海内中尺度涡的三维结构，分别研究了各类特征的垂向、水平和速度结构，然后根据结果进行相应的分析22.Pearson

9、 Brodie Pearson, Baylor Fox-Kemper, Scott Bachman , Frank Bryan.等在2017年采用遵循大涡模拟的子网结构技术,在高分辨率的全球海洋模型下将动量和追踪的两种参数化水平混合中尺度涡123.王庆业在2017年利用海洋高分辨率模拟太平洋西部热带中尺度涡,得到了中尺度涡的结构24.(2)海洋中尺度涡的物理特征研究联合高度计卫星与浮标系统对中尺度涡结构展开研究的思想出现了，Roem-mich D, Gilson J.等在2001年结合高分辨率的XBT重复测量的水文断面与T/P高度计资料,利用合成的方法分析了北太平洋区域中尺度涡旋的温度结构磔.

10、RhinesPB.等在2001年给出一个更为清晰的中尺度涡结构，以便于更好地进行分析中尺度涡的物理特性26.Chaigneau A, Gizolme A, Grades C.等在2008年通过识别算法和涡旋时空模式的高分辨率卫星测量高度值研究了太平洋东南海岸秘鲁地区的中尺度涡，并运用几何曲率和风角法来来了解中尺度涡发生频率、寿命和结构27.Chelton, D. B., P. Gaube, M. G. Schlax, J. J.等在 2011 年应用高度计得到的谱结构中没有表现出Rossby波所应表现出的频散性质，而表现出了波长与频率呈线性关系的非频散的谱结构28.Feng Nan, Zhig

11、ang He.等在2011年针对南海中是三个存在时间比较长的中尺度涡进行研究,从而总结出其涡核的存在规律29.PierGianLuca Porta Mana.等采用准地转模型进行随机参数化处理,得到相对较为准确的中尺度涡等级湍流级联ML郑全安等在2017年对南海中尺度涡的研究进行了总结,并提出以罗斯贝波和中尺度涡为表现形式的太平洋中尺度扰动直接进入南海,并与海盆固有振荡模态发生共振,从而构成太平洋了起源.Anstey J A, Zarnia L.等在2017年考虑雷诺应力张量适用于海洋问题,对动量、涡旋、能量和涡量拟能预算参数化分析其影响132,33.Cui Wei, Duan Yonglia

12、ng.等在2016年通过卫星高度计海面高度数据分别分析了孟加拉湾中尺度涡的统计特征34和南大洋的涡旋性质35.Li C, Zhang Z, Tian J, et al.在2017年基于太平洋西北部的2002-2015年的温度和盐度Argo数据研究了寻找海洋中尺度涡的涡心和中尺度涡移动相关的统计特征36.Yu Hsin Cheng, Chung Ru Ho.等在2017年应用卫星高度计海面高度资料详细分析了台湾岛和吕宋岛以东黑潮的涡旋统计特征37.(3)海洋中尺度涡的分布规律研究Jacobs G A, Hogan P J.等在1999年从卫星高度计数据和海军研究实验室分层海洋模型(NLOM)的结

13、果进行分析，说明中尺度涡的移动对东海的影响1381.张东晓于2001年运用相应的模拟实验分析了台湾海峡东、黑潮以及菲律宾附近海域的海洋内部中尺度涡的情况39.程旭华和齐义泉于2008年基于卫星高度计的观测结果分析了的全球中尺度涡的分布和传播特征4。.高理、刘玉光和荣增瑞等在2007年19932004年卫星高度计TP/Jason-1和ERS/ENVISAT提供的海平面异常(SLA)融合数据，分析了黑潮延伸区12年来的平均海平面异常的变化特征及中尺度涡的分布规律.Kaneko A ,刘玉光、陈更新等在2008至2015年以南海中尺度涡进行分析分布特征、运动变化规律、动力机制及对相应过程的影响为研究

14、对象，通过数据分析、模式验证和动力机制分析相结合的方法，既全面描述了南海中尺度涡的分布和演化的总体特征,又深入研究了南海具有代表性涡旋的特点42-47.张正光于2013年考虑了中尺度涡的普遍存在性及在宇宙中的动力学结构.尽管中尺度涡在振幅、范围和极性等方面有显著的区域差异,通过综合分析在全球范围内卫星高度计和Argo浮标的数据，作者给出了一个通用的中尺度涡结构48.Huang X, Zhang Z, Zhang X.在2017年结合孔径雷达图像和卫星高度计数据综合合成分析中国南海(SCS)东北部海域,发现一种具有内部独居现象类型的波浪(ISW),由海洋中尺度涡旋引起的长前端.在这些卫星观测数据

15、的支持下，进行数值模拟49.Kuo Y C, Chern C S.等在2017年研究了吕宋海峡(Luzon)的中尺度反气旋涡旋，并利用非线性减重(原始方程)模型对该现象进行了研究，并对动态过程进行了分析50.(4)海洋中尺度涡的输运功能研究中尺度涡旋携带质量的问题，对于海表面漂流浮标以及其他一些被动示踪物的观察研究发现，中尺度涡旋具有携带水体与其一起移动的能力,并且有时可以携带一块水体行进相当长的一段距离151-53.Holloway G, Stammer D.和Volkov D L等研究发现中尺度涡能够因其旋转和经向移动在经向输送热量54-58.Mcneil J D, Jannasch H W.等在1999年利用百慕实验室利用温度和电流测量以及生物地球化学测量都被用来描述上层海洋生物反应的特征，由于与涡流有关的等温线的覆盖而将硝酸盐引入到透光层59.Martin A P, Richar