海洋涡旋遥感：进展与挑战

海洋涡旋数量大、分布广、含能高、裹挟强,是研究物质循环、能量级联和圈层耦合的理想载体。对涡旋的全生命周期追踪观测成为21世纪以来海洋遥感领域最重要的进展之一,并引发了新一轮涡旋研究的热潮。本文从涡旋的温度异常、物质示踪、旋转流场和闭合拓扑等特征出发,简述了红外辐射计、可见光扫描仪、微波高度计、合成孔径雷达等遥感技术在涡旋观测中的机理和方法,重点阐述了卫星高度计涡旋识别与追踪算法及其在涡旋形态学、运动学和动力学中的应用。基于虚拟星座下的多参数遥感,介绍了涡旋在海洋、大气、生态等交叉学科领域的前沿应用和最新进展。指出当前涡旋遥感发展面临的亚中尺度、垂直结构、跨学科研究等3大挑战,展望了新一代遥感技术在未来海洋科学特别是涡旋海洋学研究中的应用前景。     

基于高度计和漂流浮标数据的墨西哥湾东南部暖涡融合过程研究

本文结合卫星高度计和漂流浮标数据,采取海表面高度法发现并跟踪了墨西哥湾东南部附近发生的一次暖涡融合事件,通过该典型暖涡融合过程的研究初步揭示了涡间融合作用模式,有助于进一步理解复杂涡旋作用机制。欧拉涡旋结果显示,一对暖涡彼此吸引并伴随传播3周以上,随后融合为统一涡旋结构并继续向西传播。被其捕获的浮标提供了融合前后的拉格朗日涡旋轨迹,在融合发生前8天时,一个浮标随水流交换切换了原本追随的暖涡,表明融合事件被高度计观测到之前,涡间水体交流作用已经比较显著。融合前后,欧拉涡旋和拉格朗日涡旋半径均存在较大改变,其中欧拉半径提升了96.2%,受两个暖涡牵引的漂流浮标的拉格朗日半径分别提升了49.1%和115.6%。受融合效应影响,海表面温度场也表现出不同的环境响应,进一步验证了融合过程的发生。最后,对融合前后动能、涡度和散度等动力学演变,以及半径、振幅和形状等形态学变化的分析表明：融合大致经历了涡旋渐近、水体交流、轮廓压缩形变、拉长椭圆涡旋生成和边界重塑等过程;涡心所在平面的垂直结构主要表现为由双峰向单峰的演变;涡旋融合后实现了能量向中尺度的逆级联;受限于单核涡结构,在融合过程中部分属性统计存在偏差,可能导致事件前后发生突变。     

基于追踪数据的全球中尺度涡旋偶极子自动识别方法

海洋中的涡旋在传播过程中相互吸引并以偶极子的形式进行传播是一种常见的海洋现象,这些偶极子在输送海水、养分和其他物质方面发挥着重要作用。本文提出了一种基于海表面高度异常数据得到的涡旋轨迹数据的全球偶极子自动识别方法。通过使用K–D树切割空间的方法,对1993年1月至2016年9月间的涡旋轨迹数据进行计算,共发现了生命周期超过了60 d的86 662对向西运动的偶极子和30 590对向东运动的偶极子。结合提取结果,本文对偶极子在全球范围内的特性进行了统计分析,并结合海表面温度异常、盐度异常数据验证了自动识别算法的可靠性。最后,本文分析了具有伴随时间长、传播速度快、纠缠传播特点的偶极子传输模式和传播特性。