林辉义 高艳秋 张继才

基于再分析数据的南大洋区域Ekman流时空分布规律研究*

林辉义1高艳秋2张继才1①

(1. 浙江大学海洋学院物理海洋与遥感研究所 舟山 316021; 2. 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室 杭州 310012)

南大洋Ekman输运是全球大气-海洋耦合气候系统的重要组成部分, 对该区域Ekman动力过程的研究极为重要。首先基于实测数据和文献资料, 对GEKCO2 (Geostrophic and Ekman Current Observatory 2) 产品提供的Ekman流数据进行了评估, 验证了数据的有效性; 并结合CCMP(cross-calibrated multi-platform)、ERA5(the fifth generation European centre for medium-range weather forecasts atmospheric reanalysis)风场数据, 采用经验正交函数分析法(empirical orthogonal function, EOF)等方法分析了2010—2018年南大洋Ekman流的时空变化规律。结果表明: (1)南大洋Ekman流速集中在9—11 cm/s, 且具有很强的月际变化特征(7月最强, 12月最弱); (2)南大洋40°S以北海域是Ekman流速随时间变化较大的区域; (3)南大洋Ekman流速的EOF分析显示: 第一模态和风场存在较强的相关性, 表现为流速在整体上同时增强或减弱; 第二模态和南半球中高纬大气环流存在较强的相关性, 表现为以50°S为界南北流速反向变化; (4)Ekman流左偏角度集中在60°—75°, 其中概率密度最大值处所对应的角度为67.5°。通过矢量相关分析, 得到30°—35°S海域的平均偏角存在月际变化。南大洋的Ekman动力过程对海洋环流和全球气候系统具有重大影响, 本文对于进一步理解南大洋的Ekman过程具有一定的参考价值。

南大洋; Ekman流; 时空变化; 经验正交函数分析法; 海表洋流产品GEKCO2

Ekman理论(Ekman, 1905)是物理海洋学的奠基性理论之一(McWilliams, 2006)。根据严格的数学求解, Ekman流在北(南)半球随深度增加呈螺旋状顺(逆)时针旋转, 表层流速偏向风的右(左)侧约45°。……