海洋所揭示吕宋海峡黑潮变异的季节内结构特征与动力机制----中国科学院

在长期科研积累的基础上，中国科学院海洋环流与波动重点实验室科研人员通过卫星遥感、数值模拟和非线性动力学分析等手段，发现了吕宋海峡黑潮路径变异的季节内结构特征，并成功地揭示出其动力机制。该研究成果发表在国际物理海洋科学的权威学术期刊《物理海洋学杂志》(Journal of Physical Oceanography)的2011年5月刊上。

袁东亮等人采用多卫星参数资料，首次发现吕宋海峡黑潮路径以季节内变化为主的特征（Yuan et al. 2006, JGR-Ocean)。观测显示，吕宋海峡黑潮的路径以平直路径为主，反气旋式大弯曲入侵只在年平均不到30%的时间出现，并且是一年四季均存在的现象。反气旋式大弯曲较频繁地发生于冬季，与冬季此处盛行东北风有关，但持续时间也仅占冬季的1/3。而黑潮的“流套现象”只是偶尔发生的现象，且夏季多于冬季。这些观测结果说明吕宋海峡黑潮的反气旋式入侵是一种瞬时现象而不是以前认为的稳定的环流形态。藉此，袁东亮等人提出黑潮在吕宋海峡反气旋式入侵的消长与太平洋一侧中尺度涡旋的活动有密切关系的科学假设。

为了证明该假设，袁东亮课题组与侯一筠课题组合作，进一步把非线性动力系统理论引入物理海洋学环流研究中来，取得了一系列研究成果。袁东亮和李锐祥（2008，《热带海洋学报》）最先成功揭示了中尺度涡旋对处于迟滞变异临界状态的西边界流的影响，Wang et al. (2010, CJOL)研究了经向风（季风）所产生的艾克曼输运对西边界流在缺口处流径迟滞变异过程的影响。Yuan and Wang (2011, JPO)详细讨论了西边界流在缺口处的非线性迟滞回归依赖斜压变形半径的变异过程，指明了西边界流流径转变受中尺度涡旋影响的动力机制。研究表明，气旋和反气旋中尺度涡旋都可能使西边界流产生由入侵流态到跨越流态的转变，而只有反气旋中尺度涡才能诱发西边界流由跨越流态向入侵流态的转变。其动力机制都是由于涡度平衡受外力的瞬时扰动而发生状态不可逆的跃迁造成的。当西边界流流量远离其临界状态时，研究表明其流径不易受经向风场和中尺度涡旋的影响。

以上系列研究论文，从观测到理论全面系统地揭示了吕宋海峡黑潮流态变异的主导形态及其受季风和中尺度涡旋影响的动力机制，被国际同行认为是目前为止较为合理描述实际黑潮路径变异的动力学理论体系之一。

吕宋海峡是介于我国台湾和菲律宾吕宋岛之间的跨度超过300km的海峡，黑潮流经此处时失去西边界的支持，路径会发生显著的变化。早期的少量观测导致人们认为，黑潮在吕宋海峡存在突出的季节变化信号，其中夏季以直线跨越的路径为主，冬季以反气旋式入侵为主。甚至有观点认为，黑潮在吕宋海峡的路径呈现稳定的流套结构，早期的数值模拟也基本上按照此环流形态而开展环流输运与机制研究。由于吕宋海峡是我国南海与西太平洋水交换的主要通道，而且此处的环流结构会直接影响东海陆架环流与黑潮的水交换，因此研究此处的环流结构对我国沿海区域的气候、生态和经济具有重要的意义。