在長期科研積累的基礎(chǔ)上，中國科學(xué)院海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員通過衛(wèi)星遙感、數(shù)值模擬和非線性動(dòng)力學(xué)分析等手段，發(fā)現(xiàn)了呂宋海峽黑潮路徑變異的季節(jié)內(nèi)結(jié)構(gòu)特征，并成功地揭示出其動(dòng)力機(jī)制。該研究成果發(fā)表在國際物理海洋科學(xué)的權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理海洋學(xué)雜志》(Journal of Physical Oceanography)的2011年5月刊上。
Yuan et al. (2006, JGR-Ocean)采用多衛(wèi)星參數(shù)資料首次發(fā)現(xiàn)呂宋海峽黑潮路徑以季節(jié)內(nèi)變化為主的特征。觀測顯示，呂宋海峽黑潮的路徑以平直路徑為主，反氣旋式大彎曲入侵只在年平均不到30%的時(shí)間出現(xiàn)，并且是一年四季均存在的現(xiàn)象。反氣旋式大彎曲較頻繁地發(fā)生于冬季，與冬季此處盛行東北風(fēng)有關(guān)，但持續(xù)時(shí)間也僅占冬季的1/3。而黑潮的“流套現(xiàn)象”只是偶爾發(fā)生的現(xiàn)象，且夏季多于冬季。這些觀測結(jié)果說明呂宋海峽黑潮的反氣旋式入侵是一種瞬時(shí)現(xiàn)象而不是以前認(rèn)為的穩(wěn)定的環(huán)流形態(tài)。藉此袁東亮等人提出黑潮在呂宋海峽反氣旋式入侵的消長與太平洋一側(cè)中尺度渦旋的活動(dòng)有密切關(guān)系的科學(xué)假設(shè)。
為了證明該假設(shè)，袁東亮課題組與侯一筠課題組合作，進(jìn)一步把非線性動(dòng)力系統(tǒng)理論引入物理海洋學(xué)環(huán)流研究中來，取得了一系列研究成果。袁東亮和李銳祥（2008，《熱帶海洋學(xué)報(bào)》）最先成功揭示了中尺度渦旋對處于遲滯變異臨界狀態(tài)的西邊界流的影響，Wang et al. (2010, CJOL)研究了經(jīng)向風(fēng)（季風(fēng)）所產(chǎn)生的艾克曼輸運(yùn)對西邊界流在缺口處流徑遲滯變異過程的影響。Yuan and Wang (2011, JPO)詳細(xì)討論了西邊界流在缺口處的非線性遲滯回歸依賴斜壓變形半徑的變異過程，指明了西邊界流流徑轉(zhuǎn)變受中尺度渦旋影響的動(dòng)力機(jī)制。研究表明，氣旋和反氣旋中尺度渦旋都可能使西邊界流產(chǎn)生由入侵流態(tài)到跨越流態(tài)的轉(zhuǎn)變，而只有反氣旋中尺度渦才能誘發(fā)西邊界流由跨越流態(tài)向入侵流態(tài)的轉(zhuǎn)變。其動(dòng)力機(jī)制都是由于渦度平衡受外力的瞬時(shí)擾動(dòng)而發(fā)生狀態(tài)不可逆的躍遷造成的。當(dāng)西邊界流流量遠(yuǎn)離其臨界狀態(tài)時(shí)，研究表明其流徑不易受經(jīng)向風(fēng)場和中尺度渦旋的影響。
以上系列研究論文，從觀測到理論全面系統(tǒng)地揭示了呂宋海峽黑潮流態(tài)變異的主導(dǎo)形態(tài)及其受季風(fēng)和中尺度渦旋影響的動(dòng)力機(jī)制，被國際同行認(rèn)為是目前為止較為合理描述實(shí)際黑潮路徑變異的動(dòng)力學(xué)理論體系之一。
呂宋海峽是介于我國臺灣和菲律賓呂宋島之間的跨度超過300km的海峽，黑潮流經(jīng)此處時(shí)失去西邊界的支持，路徑會發(fā)生顯著的變化。早期的少量觀測導(dǎo)致人們認(rèn)為，黑潮在呂宋海峽存在突出的季節(jié)變化信號，其中夏季以直線跨越的路徑為主，冬季以反氣旋式入侵為主。甚至有觀點(diǎn)認(rèn)為黑潮在呂宋海峽的路徑呈現(xiàn)穩(wěn)定的流套結(jié)構(gòu)，早期的數(shù)值模擬也基本上按照此環(huán)流形態(tài)而開展環(huán)流輸運(yùn)與機(jī)制研究。由于呂宋海峽是我國南海與西太平洋水交換的主要通道，而且此處的環(huán)流結(jié)構(gòu)會直接影響東海陸架環(huán)流與黑潮的水交換，因此研究此處的環(huán)流結(jié)構(gòu)對我國沿海區(qū)域的氣候、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)具有重要的意義。
相關(guān)研究論文：
袁東亮, 李銳祥，2008，中尺度渦旋影響呂宋海峽黑潮變異的動(dòng)力機(jī)制?！稛釒ШＱ髮W(xué)報(bào)》27（4），1-9。.
Yuan, D.，W. Han, and D. Hu, 2006. Surface Kuroshio path in the Luzon Strait area derived from satellite remote sensing data, Journal of Geophysical Research, 111, C11007, doi:10.1029 /2005JC003412
Wang, Z., D. Yuan, and Y. Hou, 2010. Effects of meridional winds on a gap-leaping western boundary current. Chinese J. Oceanol. Limnol., 28(2), 354-358.
Yuan, D., and Z. Wang, 2011. Hysteresis and Dynamics of a Western Boundary Current Flowing by a Gap Forced by Impingement of Mesoscale Eddies. J. Phys. Oceanogr., 41, 878-888, doi:10.1175/2010JPO4489.1
圖1. 衛(wèi)星高度計(jì)資料顯示的呂宋海峽黑潮變異過程。
圖2. 中尺度渦旋影響缺口處西邊界流路徑的數(shù)值模擬。[摘自Yuan and Wang (2011)]
