海洋环流与波动重点实验室知识库

本文将ROMS(Regional Ocean Modelling System)四维变分同化系统应用于东海，并系统地评估了模式表现。本文中同化的观测资料包括海表面高度、海表面温度、现场观测的温度和盐度廓线、漂流浮标以及OSCAR(Ocean Surface Current Analysis Real-time)海流分析场。总体来说，四维变分系统表现较好。对于所有观测种类，在同化后得到的分析场中，观测和模式之间的差异与同化之前相比都显著减小。由于潮汐在东海陆架上非常重要，本文在四维变分同化中包含了潮汐，并且通过比较有潮汐和无潮汐的两个实验，评估了潮汐的影响。对于同化后得到的分析场来说，在暖季，两个实验中海表面温度的偏差很小。但是，在背景场(用同化分析场作为初始场的三天预报) 中，与有潮汐的实验相比，缺少潮汐强迫会导致海洋温度在表层升高，在混合层以下降低。温度廓线的差异主要与两个因素有关：层结和潮汐混合。两者的重要性随深度而变化。

本文还采用了一种基于伴随模式的观测影响(observation impact)方法，评估了同化不同种类的观测对黑潮流量和黑潮向岸入侵的影响，同时也评估了初始场、边界条件和强迫场的影响。海表面温度、海表面高度和现场温度具有最大的总观测影响。就单个观测的观测影响来说，现场温度影响最大。对于不同的观测来说，观测影响的空间分布是类似的。观测影响的大值区从台湾东北沿黑潮路径延伸到日本西南。多个因素控制观测影响的空间分布，包括模式的预报技巧、传播同化信息的动力过程以及给定的误差协方差。追踪同化信息如何在空间传播有助于深化对黑潮动力过程的认识。

基于同化得到的分析场，本文分析了东海的一种重要的跨陆架输送现象—穿刺锋面的机制。穿刺锋面是海水的温度、盐度、叶绿素含量等特征量的锋面从平均位置向海洋一侧穿刺的现象。穿刺锋面会引起显著的跨陆架水团特性和营养盐的交换，对近海环境有重要作用。同化得到的分析场较好地再现了2014年夏季的穿刺锋面，与卫星观测吻合较好。尽管在浙闽沿岸跨陆架流中离岸流主导，2014年夏季只有三个强的穿刺锋面个例发生。模拟的穿刺锋面的三维结构与之前研究中观测到的结构是类似的。三个穿刺锋面个例中，有两个穿刺锋面是由于台湾暖流和浙闽沿岸流的辐合引起的，另外一个穿刺锋面是由于温跃层的起伏引起的。在两种机制中，和穿刺锋面相关的离岸流都是满足地转平衡的，受沿陆架的压强梯度力驱动。

敏感性实验表明，南风的松弛和潮汐强迫是穿刺锋面形成必不可少的条件。潮汐使得浙闽沿岸流的轴线向离岸方向移动了约50公里，从而使得浙闽沿岸流正好撞在台湾暖流的主轴上，导致海流的辐合。南风的松弛使得浙闽沿岸流能够向南延伸。夏季南风的松弛主要和台风相关。在没有风和台湾暖流天气尺度的变化时，穿刺锋面周期性地形成，其原因主要与小潮期间浙闽沿岸流的加强有关。对于本文所关注的个例来说，风和潮汐强迫对穿刺锋面形成起主导作用，径流输入起次要作用。