中尺度涡

海洋涡流

中尺度涡，是海洋中的一种涡流，各大洋中到处都有这种涡流的存在，完全没有这种涡流的海域倒是很难找到的。它们与海洋中大而稳定的环流相比，是个局部，并不显眼；但是，它与人们用肉眼看得见的近海水旋涡相比，就显得非常之大了。所以，人们称这种涡流为“中尺度涡”。大洋中尺度涡的发现使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。它的旋转速度一般都很大，并且一面旋转，一面向前移动。它的移动方式很像台风，而且有很大的动能。有人估计，这些中尺度涡的动能，占据了整个海洋里大、中海流动能的90%以上。

发现历程

20世纪60年代以前，由于缺乏精密的海洋观测手段，人们只是通过一些物理现象的观测，发现了大洋中的表层环流，并建立起风生海流的理论。然而，根据这种理论，还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，难以作出令人信服的评价。于是，人们开始借助新的探测手段，去深入研究认识大洋环流。特别是利用人造地球卫星来观测海洋，使人们获得了许多过去无法了解的资料，从而不断改变以往对海流的认识。尤其是大洋“中尺度涡”的发现，曾一度使海洋学家们瞠目结舌，传统的风生海流理论因此遭到了巨大的挑战。

1958年，英国海洋学家斯罗毕为了研究海流，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，对湾流区域的底层流进行测量。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，海流速度在每秒1厘米左右。可是，用这套系统测得的结果使他大吃一惊：那里的海流比他所预想的要大10多倍，而且在短短的10多千米距离之内，海流的流向竟出现完全的相反方向；同时，在1个月左右的时间里。那里的海流还显示出相当大的时间变化。他的这个发现震惊了海洋学界。为了进一步对这种意外的发现作更详细、更广泛的研究，1979年，前苏联的海洋科学家在大西洋的一个涡流海域进行调查，经过半年的观测，所获得的海流资料也使研究人员大惑不解。原来以为，在这一海域海流的平均流速不会很高，只有每秒几毫米；然而，实测的海流流速高达每秒10多厘米，而且是涡流状的海流，其直径为100千米，存在的时间有好几个月。后来，美国科学家在海洋调查中观测到了同样的结果。科学家们用传统的风生海流理论是无法解释这种现象的。那么，这究竟是为什么呢？

1973年，美国耗资数10亿美元发射了“天空实验室”。这个航天器对人类认识海洋作出了重大贡献。卫星首先拍摄到了大西洋西部热带海域水流中的大涡流。这个大涡流纵横60～80千米。同时，这个涡旋的海水运动方式也很有特点，冷的海水从100多米深处向上涌升，将海底许多营养物质带到海面，于是，在这个大涡流的海域中形成一个很好的渔场。“天空实验室”在其他海域也发现了类似的涡旋。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、南海海域，都能见到这种涡流。人们将拍摄到的各大洋涡流资料带回地面，交给海洋学家们进行分析研究。

人们得出这样的结论：在世界各大洋中，到处都有这种涡流的存在，完全没有这种涡流的海域倒是很难找到的。同时，人们还发现，这些涡流的厚薄、大小不一，旋转的方向，有左有右，涡流中心区的海水温度，有冷有热。总之，大洋中的涡流形形色色，各式各样。这许许多多的涡流，直径从几十千米到数百千米，存在的时间，短的几十天，长的在半年以上。它们与海洋中大而稳定的环流相比，是个局部，并不显眼；但是，它与人们用肉眼看得见的近海水旋涡相比，就显得非常之大了。所以，人们称这种涡流为“中尺度涡”。大洋中尺度涡的发现是近几十年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。

发生原因

尽管中尺度涡这种海洋自然现象的发生、发展、消失等问题使众多的海洋科学家们感到困惑不解，但是，大洋中表层海流弯弯曲曲的运动方式，似乎都与此有着密切的关系。如果海流的弯曲度过大，也许会与母体海流脱离，形成一个独立的涡流，就像台风那样，一面旋转，一面向前运动。例如，1974年2月，一个湾流主轴在哈特拉斯角近海处形成了7个涡流，其中有4个暖涡流在主轴北面陆坡海域，3个冷涡旋，则是逆时针方向旋转。

发现意义

使传统的大洋海流理论受到挑战。人们可以提出这样的疑问：传统的埃克曼的漂流学说还能继续成立吗？过去的大洋海流图向人们显示，大洋中的环流是由几条大海流组成的。在环流中部，则是平均流速仅有每秒1厘米左右甚至更小的弱流区。而大量“中尺度涡”的发现，使人们认识到，大洋里决不只是几个简单的环流，弱流区也不是想像的那样平静。这就是说，大洋环流的结构可能更复杂。而且，人们还发现，充斥于海洋中的这许许多多的涡流，与大洋环流之间有着强烈的相互作用，因此不能忽视涡对环流的影响。假如这些涡流也像大气中那样由斜压不稳定因素引起，则大洋环流有可能由中尺度涡所维持。这就是从根本上修正了风生环流的观点。

观测进展

随着近20年以来研究的深入，尤其是水文资料以及遥感资料的不断增多，南海中尺度涡得到越来越多的认识，海洋学家意识到:受地形、季风以及黑潮等影响，南海呈复杂的多涡结构。

1、水文观测

王胄等利用1974年4月13～19日的温盐资料，描述了中心位于台湾岛西南侧119°E、21°N处，水平尺度大约为200km的一个反气旋涡，他们认为该反气旋涡与黑潮的入侵相关。1994年8～9月南海东北部水文调查发现一个中心位于21°N、117。5°E，直径约150km，垂直尺度达1000m的反气旋涡，并发现这个反气旋涡的T-S特性与太平洋水有相似之处，也可能来源于黑潮。

在吕宋岛西北部，许建平等发现有一个气旋式冷涡。Shaw等指出该区还有明显的上升流。杨海军等通过Levitus资料分析指出这个冷涡主要发生在冬春季节，王桂华等利用多个航次资料证实吕宋冷涡确实是常年存在的。夏季，除了1998年观测一次表层暖池事件外，至今未见有水文资料报导这里出现过暖涡。

徐锡帧等利用历史数据绘出了南海夏季环流图，显示在越南以东强流南侧似乎有一暖涡出现。他们还发现在南海西部越南沿岸有一支很强的上升流，并指出表层冷水还有向东弥散的趋势。Kuo等发现的冷性急流可能与此相关。杨海军通过分析Levitus数据，发现在南海西部越南沿岸有一中心位于13。5°N、111°E，100m层中心水温低于17℃的冷涡，并称之为越南冷涡。Xie等利用多种遥感资料揭示了越南以东冷水的特征，并指出，其南面的反气旋涡与该冷水紧密相关。方文东等根据多年现场调查资料，发现在越南以东确有一个很强的锋面，而且锋面的南侧有一暖涡，取名为越南暖涡。苏纪兰等利用1998年4～7月2个航次的调查资料也同样发现暖涡的存在，并指出其影响深度可达500m以深。还有一些资料也证实了越南外海确实存在中尺度涡。

除此之外，南海综合调查报告根据多个航次的温盐结构及水团分析，反映东沙西南海域常出现一个低温高盐中心。管秉贤综述了1959年以来海南岛以东外海发现的多个暖涡，并发现它们的位置经常发生变化;而在吕宋西南侧，观测资料比较少。Fang等讨论了冬季南海南部的中尺度涡情况，指出在冬季曾母暗沙岛附近有一支强逆风海流，强流的东侧是一反气旋涡，而西侧则是一气旋涡。

总之，水文资料显示南海中尺度涡确实比较活跃，其多涡结构特点也得到大面积水文资料的支持。然而由于资料的时空不连续性，水文调查资料不足以研究南海中尺度涡的生消过程。

2、高度计观测

高度计在研究中尺度涡方面具有多方面的优越性:一是有较好的空间覆盖率；二是有较好的准同步性和时间连续性；三是反映的信息不仅仅是表层的信息。因此，高度计资料越来越受到海洋学家的青睐。

高度计资料也反映了南海多涡结构的特点。Hwang等利用7年的T/P月平均资料统计了南海在这7年所发生的中尺度涡，指出这7年南海大约有218个涡，其中94个冷涡，124个暖涡。Shaw等利用3年的T/P资料还提出越南外海反气旋涡与气旋涡南北配置的“偶极子”概念。Wu等把高度计资料同化到模式后，认为越南以东确实存在“偶极子”现象，他们还指出在1994—1995年的厄尔尼诺期间，这个偶极子现象减弱或消失。除此之外，高度计资料还提供了丰富的时空特征，常用来研究中尺度涡的生消过程。Hu等分析了巴士海峡30～180天海表高度的变化，指出太平洋可能有一些中尺度信号传入南海。Wang等通过分析5年的T/P沿轨资料，发现南海中尺度变量活跃在2条主要带:一条是沿着2000m等深线的西边界带，另一条是沿着巴士海峡南面到越南以东11°N附近的西北—东南走向带。李燕初等利用TOPEX/Poseidon资料分析了3个反气旋涡沿南海北部陆坡发展及消亡的过程。Wang等通过1993-2000年的高度计资料指出南海中尺度涡的发生具有明显的区域性和季节性，还进一步研究了这些中尺度涡的运动规律及其它生命历程的统计特征，南海中尺度涡的生消过程得到较为全面的认识。

在用高度计研究中尺度涡的工作中，有的利用高度异常加气候性平均场来研究中尺度涡，如Hwang等，大多数学者直接利用高度异常来研究中尺度涡。后者虽然没有考虑气候性平均场的影响，但中尺度涡具有流强强度变化以及整体移动等特点，因此，除在气候性平均强流区外，直接利用高度异常仍可以识别中尺度涡的强弱与移动。

产生机理

季风和黑潮是南海环流2个最主要的驱动力，研究表明，它们对南海大尺度环流和中尺度现象都起着十分重要的作用。

黑潮与南海中尺度涡有关黑潮与中尺度涡的关系有如下主要研究：

①Wang等通过分析多年平均的XBT资料，发现巴士海峡两岸的黑潮是不稳定的，并推测这种不稳定可能导致南海中尺度涡的产生。

②许多数值模式结果认为，黑潮在巴士海峡也能形成如墨西哥湾似的“流套”并脱离出中尺度涡。但Metzger等指出，模式空间分辨率的大小会影响流套的生成。李立等在航次调查中发现东沙岛附近有一个反气旋涡，并推测该涡可能是生成于类似过程，但与墨西哥湾情况不同，该涡水团特性与黑潮水团性质本身并不相同，仅与黑潮锋面水团性质相似，而且仅存在于中尺度涡的中心。

③正压、约化模式以及二层模式皆显示，黑潮西侧的正涡度平流输入可以在南海激发周期性的气旋涡。

④Metzger等的数值模式认为黑潮与巴布延岛作用可以产生反气旋涡，该反气旋涡能够向西移动。迄今为止还很少有资料对这些观点进行验证;黑潮如何影响南海还是一个很有争议的课题。

风场与南海中尺度涡风场与南海中尺度涡的关系有如下研究：

①Chu等认为风应力旋度可以激发中尺度涡，Qu比较了风场与水文观测资料的关系，明确指出吕宋西北角以及越南冷涡与风应力旋度紧密相关。Yang等指出吕宋的冷涡实际上是一强迫的Rossby波。事实上，海洋通过大尺度风应力的Ek-man抽吸作用获得位能，在一定条件下所获取的位能可以转换成中尺度涡的动能。

②Shaw等通过对风场与高度计的经验正交分解分析指出，风应力旋度零线与越南以东的偶极子紧密相关。

③季风与复杂的地形相互作用也可能产生中尺度涡。蔡树群等认为，在冬季受β效应和北康暗沙以南的陆架底形效应作用而导致南沙海槽处形成一个反气旋涡，该涡发展壮大并向西移动，最终耗散在西边界。曾庆存等认为南海涡旋的形成和维持是风、地形、岸线以及惯性效应等共同作用的结果。

④Wang等讨论了不同季风条件下中尺度涡的统计特征，指出了“风与陆地地形相互作用”所形成的风应力旋度可能是南海中尺度涡的重要形成机制之一。这些工作多是基于数值模式，但有研究表明不同处理方式得到的风场对南海环流以及中尺度涡的驱动有明显不同的作用。Metzger等还指出，如果用每6小时1次的风场去驱动南海环流，与月平均风场相比，黑潮更容易入侵南海且中尺度涡也更容易从黑潮脱离出来。以上分析表明，水文资料、遥感资料及数值模式结果都支持南海有相当一部分的中尺度涡与风场相关。而且风场能与其它要素一起共同作用激发出中尺度涡。然而，这些研究对风驱中尺度涡的形成动力学过程本身尚未深入开展。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省