黑潮延伸区海表温度锋面特征及其与涡旋关系的研究

作者:席婧嫄 汤锐 发布日期:2022-07-13 阅读:302

近日,我室席婧嫄助理研究员、硕士生汤锐分别作为第一作者,在国际期刊Frontiers in Marine Science发表文章,详述了黑潮延伸区海表温度锋面强度的季节和年际变化特征、涡旋驱动锋面的时空分布特征。海洋锋面和涡旋作为海洋中最具代表性的中尺度动力过程,对于海洋的物理生态环境具有重要影响,是开展区域动力过程、海气相互作用、生态系统研究的基础。然而两种动力过程之间的关系仍缺乏深入的研究,亟待厘清涡旋过程对于锋面活动的影响。相关论文由王云涛研究员作为通讯作者,合作者包括马文涛副研究员、于溢副研究员,以及实验室“海星”访问学者中国海洋大学刘阳教授、华东师范大学冯志轩研究员等。


基于多年高分辨率的卫星遥感数据和前期开发的锋面检测算法,实现了对每日海表温度锋面的定位,进而刻画多年平均的海表温度梯度、锋面频率和锋面强度(图1)。结果显示锋面在日本海岸附近最为活跃,随着离岸距离的增大海表温度梯度、锋面频率和锋面强度逐渐降低。黑潮延伸区的最高锋面频率和锋面强度分别大于9%和0.035℃/km,高于东边界流和大部分沿海上升流区。此外,同海表温度梯度和锋面频率相比,锋面强度受卫星观测中背景噪声的影响较小,可以作为精确描述锋面特征的指标。

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图1. 黑潮延伸体区域长期平均的(A)海表温度梯度(℃/km)、温度锋面的(B)频率和(C)强度(℃/km)。


锋面强度的变化在空间上存在显著差异,大部分区域呈现季节性变化。在亲潮附近的北部区域,海表温度锋面主要发生在冬季;而在黑潮和黑潮延伸所在的南部区域,海表温度锋面在春季更为常见。通过分析锋面强度逐月序列的标准差、季节性变化的解释比例(图2),结果表明在日本沿海区、黑潮和亲潮等锋面强度较高的区域,多重动力过程共同导致较高的锋面强度变率,且以季节性变化为主;然而,黑潮延伸体主轴海区季节变化的解释方差较小(低于20%),表明季节变化无法单独捕捉锋面特征的全貌,涡旋、海盆震荡等引起的季节内和年际间变化对锋面活动具有重要的调节作用。

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图2. 锋面强度逐月序列的(A)标准差(℃/km)和(B)季节性变化的解释方差(%)。


研究区域内的涡旋分布广泛,利用每日黑潮延伸体主轴的位置能够区分涡旋的相对分布位置(图3A),发现北部涡旋分布较为均匀(图3B)、南部涡旋集中于黑潮延伸体发生弯曲的区域(图3C)。采用温度梯度近似刻画锋面活动,利用合成分析算法分别获得反气旋涡(图3D)和气旋涡(图3E)对锋面分布的影响。结果显示涡旋导致周围区域的锋面活动整体降低,且反气旋涡将降低涡旋内部和外部南侧的温度梯度,提升涡旋外部北侧的温度梯度,温度梯度的差异性极为显著;气旋涡整体温度梯度强度降低,沿涡旋边缘南侧略微提高。由此可见涡旋的极性和位置能够显著影响该区域的锋面活动,共同主导了区域的中尺度动力过程。

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图3. 黑潮延伸体区域(A)单日主轴位置(虚线)划分涡旋的分布(北部:实心点;南部:空心点)和极性(蓝色:气旋涡;红色:反气旋),长期主轴平均位置(虚线)划分的(B)北部和(C)南部旋涡分布概率;(D)反气旋涡和(E)气旋涡内温度梯度的合成分析。


上述成果聚焦黑潮延伸区的锋面和涡旋,通过刻画锋面的时空规律及其受涡旋影响的分布特征,为进一步分析区域物理生态环境特征提供了科学依据,有助于探索该区域活跃的碳循环过程和丰富的渔业资源。本研究由国家自然科学基金、自然资源部第二海洋研究所青年英才项目等资助。

引用一:Xi, J., Wang, Y., Feng, Z., Liu, Y., & Guo, X. (2022). Variability and intensity of the sea surface temperature front associated with the Kuroshio Extension. Frontiers in Marine Science, 9, 836469.

引用二:Tang, R., Yu, Y., Xi, J., Ma, W., & Wang, Y. (2022). Mesoscale eddies induce variability in the sea surface temperature gradient in the Kuroshio Extension. Frontiers in Marine Science, 9, 926954.


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