一种研究南太平洋副热带逆流区涡动能的年际变化及其与ENSO联系的方法

本发明涉及一种副热带逆流区涡动能的年际变化规律，具体涉及一种研究南太平洋副热带逆流区涡动能的年际变化及其与enso联系的方法。

背景技术：

1、中尺度涡旋在海洋动量和热量的输送中起着至关重要的作用，是大尺度、亚中尺度以及小尺度能量串级动力学过程的桥梁。在全球中尺度涡分布中，除大洋西边界有强烈的涡旋活动外，副热带环流圈内部的副热带逆流海区也是中尺度涡活动的高值区。与其他副热带区域相比，南太平洋副热带逆流区的海平面高度和涡动能（eke）都存在相对线性的海洋动力过程，大气的年际和年代际变化在海洋中尺度变化中起重要作用作为中纬度海洋的主要特征，南太平洋副热带环流整体呈现出倾斜的结构，副热带逆流区主要存在两支流动：东向的副热带逆流（stcc）和西向的南赤道流（sec）。

2、已有研究表明stcc主要位于20°s~30°s，上层约300米范围内。stcc是由主温跃层以浅的等密线向表层抬升所形成，该流动底部由于密度更大位置更偏南。同时由于涡旋扰动，stcc不是连续的流动，而是存在一系列东向分支，形成的分支能延伸至下层300~500米。研究表明stcc的强度受季节性表层风和浮力强迫的调制，在夏季达到最强。作为副热带环流的北翼，sec从4°n延伸至30°s。南太平洋中sec存在3个分支，北部分支从所罗门群岛以东转向赤道流动，南部分支在新喀里多尼亚以南，中间支从新喀里多尼亚北部和所罗门群岛最南端之间流入珊瑚海。sec三个分支的纬向流动的季节变化可以通过海平面高度异常（sla）的梯度反映出来，同时sec在表层强化，其年际输运与aviso得到的表层地转流具有很好的相关性。由于西南太平洋大岛群的存在，sec分裂形成了不同的急流。斐济北部和南部存在北斐济急流（nfj）和南斐济急流（sfj），瓦努阿图北部存在北瓦努阿图急流（nvj），新喀里多尼亚北部和南部分别是北喀里多尼亚急流（ncj）和南喀里多尼亚急流（scj）。前人研究利用忽略岛屿存在的线性斯维尔德鲁普（sverdrup）动力学发现大岛群的急流结构是准永久性的，其产生位置在岛屿以东的大洋中部。这些急流是由于海盆中部风的作用破坏了sec的整体流动，并产生了强带状流，流动遇到高岛后，风旋度偶极子的存在使得流速在背风处达到最小，同时在岛屿阻塞效应的作用下急流进一步缩窄。这些急流携带暖而咸的副热带水进入珊瑚海，到达西边界后重新分布，向北的输运进入所罗门海，最终到达赤道，向南则通过东澳大利亚流（eac）向极输运。

3、eke作为中尺度涡活动强度的指标，前人对南太平洋副热带区域eke进行了系列的研究。副热带逆流区西部涡旋活动最强，向东不断减弱。在季节尺度上，180°w~140°w、21°s~29°s范围内stcc和sec平均位势涡度梯度的符号相反，8月表层冷却造成垂向剪切增强和密度梯度减小，经过3个月的滞后响应，在南半球夏季stcc区域内eke达到最大值。在年代际尺度上，利用再分析数据表明stcc和sec速度垂向剪切与层化作用共同调节stcc区域的斜压不稳定，其中垂向剪切作用产生的斜压不稳定是层化作用的两倍。同时利用1958~2009年的敏感性实验指出sec南部分支（175°w~153°w、25°s~33°s）区域eke的年代际变化主要是受经向密度梯度变化引起的stcc强度变化的影响，而20世纪70年代eke高值受到与年代际太平洋振荡（ipo）相关的局地风应力旋度异常的影响。同时，年际尺度上大尺度的海气过程厄尔尼诺-南方涛动（enso）事件能影响stcc和sec的年际变化。已有研究发现1997~1998年的强enso事件中，波利尼西亚水域（160°w~140°w）在厄尔尼诺期间海表面高度变化强烈，stcc速度增强；而在拉尼娜期间，stcc分支更加明显，但在东部（142°w~138°w及以东区域）减弱。sec中间支的年输运会随enso的周期而发生变化。通过长罗斯贝波约化重力模型发现1985~2010年enso通过影响温跃层深度的波动从而影响sec中间支（10°s~20°s）输入珊瑚海输运的年际变化，拉尼娜年风应力旋度使温跃层向赤道异常倾斜导致sec减弱，而厄尔尼诺年sec则增强。在季节和年代际尺度上南太平洋副热带逆流区的eke受上层stcc与下层sec垂向剪切导致的斜压不稳定所调控。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：年际尺度研究不足：虽然现有技术已经对stcc区域内eke的季节和年代际变化进行了一系列的研究，但在年际尺度上，stcc区域内eke年际变化规律及其驱动因素仍不清楚；影响因素分析不全面：现有技术主要关注副热带南北太平洋经向模与enso的关系，以及太平洋热带不稳定波涡动能季节变化的海气动力学机制，但enso及其他海气相互作用过程和海洋动力过程对stcc区域eke年际变化的影响有待进一步研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种研究南太平洋副热带逆流区涡动能的年际变化规律及其与enso联系的方法，解决了现有技术没有涉及南太平洋副热带逆流区涡动能的年际变化及其与厄尔尼诺-南方涛动的动力学联系的技术问题。通过本发明可以得出南太平洋副热带逆流区域涡动能存在显著的年际变化并受厄尔尼诺-南方涛动事件的影响，厄尔尼诺（拉尼娜）年对应于该区域强（弱）涡动能。在地转作用下东向南太平洋副热带逆流和西向南赤道流增强（减弱），并最终影响南太平洋副热带逆流区域涡动能的年际变化。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种研究南太平洋副热带逆流区涡动能的年际变化规律及其与enso联系的方法，该方法包含：

3、步骤一：获取sla数据，aviso数据，空间分辨率是0.25°×0.25°的全球海洋网格化数据，空间分辨率是0.25°×0.25°的10米风场数据，niño3.4指数和sam指数；使用niño3.4指数表征enso事件，sam指数表征sam，使用空间分辨率为0.25°×0.25°、垂向上有不等距的75层的日平均和月平均流场数据，以及glorys2v4研究海洋环流的垂向变化；所述sam为南半球环状模态；所述sla数据为cmems分发的海表面高度异常数据。

4、步骤二：根据aviso数据中的绝对地转流速异常计算出eke，eke的时间序列去除季节循环后通过一年低通滤波得到eke年际异常；将eke年际异常标准化后进行小波分析得到eke功率谱，通过功率谱分析得到stcc区域eke的年际变化特征；所述eke为涡动能，所述stcc区域为南太平洋副热带逆流区域。

5、步骤三：研究在年际尺度上enso能否影响stcc区域内eke的年际变化，通过超前滞后相关和偏相关确定stcc区域eke的年际变化是否受enso过程调制；将大于niño3.4指数0.5倍标准差的月份定义为el niño年，小于0.5倍标准差则为la niña年；所述el niño为厄尔尼诺，所述la niña为拉尼娜。

6、步骤四：探究eke对enso的响应，分析el niño和la niña事件对stcc区域eke的空间分布影响。

7、步骤五：探究年际尺度上该区域eke的动力机制，确定stcc区域stcc和sec速度垂向剪切与enso的关系。所述sec为南赤道流。

8、步骤六：分析enso如何影响西南太平洋风应力旋度和海平面高度的变化，影响stcc区域速度垂向剪切和eke的年际变化。

9、优选地，在步骤一中，所述全球海洋网格化数据的时间分辨率是日平均和月平均，所述10米风场数据的时间分辨率是月平均。

10、优选地，在步骤二中，所述eke的定义为：

11、在公式（1）中，是纬向地转流速异常，是经向地转流速异常。

12、优选地，在步骤五中，利用aviso数据得到的eke年际异常与cmems数据再分析，得到的表层eke异常的年际变化规律，使用cmems数据再分析研究stcc区域内eke的年际变化规律。

13、优选地，由于stcc和sec核心所在的纬向范围和深度不同，将stcc区域划分为18°s~21°s和22°s~28°s两个纬度范围，分析纬向速度的垂向变化。

14、优选地，在步骤五中，利用cmems数据再选取stcc和sec，计算stcc区域内stcc和sec的垂向剪切；利用超前滞后相关关系，确定enso如何通过影响stcc与sec的垂向剪切，影响stcc区域eke年际变化。

15、优选地，所述选取stcc和sec时，以170°e经向断面中22°s~28°s范围50米深度处为stcc核心，以18°s~21°s范围275米深度处为sec核心，用于计算stcc区域内stcc和sec的垂向剪切。

16、优选地，在步骤六中，利用era5风场数据和sla数据得到厄尔尼诺年stcc区域内反气旋式风应力旋度使得该区域ekman辐合产生正sla，而stcc北部气旋式风应力旋度则使得ekman辐散产生负sla，得出产生的sla在地转作用下如何通过影响表层stcc和sec影响eke。

17、优选地，在步骤六中，拉尼娜年stcc区域内，气旋式风应力旋度使得该区域ekman辐散对应的正sla，而stcc北部反气旋式风应力旋度则使得ekman辐合产生正sla，得出产生的sla梯度在地转作用下如何通过影响表层stcc和sec影响eke。

18、本发明的一种研究南太平洋副热带逆流区涡动能的年际变化规律及其与enso联系的方法，解决了现有技术没有涉及南太平洋副热带逆流区涡动能的年际变化及其与厄尔尼诺-南方涛动的动力学联系的技术问题，具有以下优点：

19、1、本发明利用1993~2022年共30年的卫星高度计和再分析数据探究stcc区域（21°s~29°s，167°e~130°w）eke的年际变化规律及其动力机制，研究表明stcc区域内eke存在显著的年际变化，与enso呈显著正相关关系，在滞后niño3.4指数6个月时两者相关性最强。与此同时，本发明也研究了eke与sam的关系，两者相关性弱于enso，通过进一步的偏相关分析发现eke与enso的偏相关系数更大，系数为0.46，而eke与sam的偏相关系数为0.37，所以enso对eke的影响更显著，本发明主要研究enso对eke的影响。170°e经向断面的研究发现强eke年stcc和sec都增强，弱eke年两者减弱。

20、2、本发明进一步的研究说明enso通过影响副热带逆流区中上层stcc与下层sec的垂向剪切强度调制eke的年际变化，厄尔尼诺年（拉尼娜年），22°s~28°s范围内平均的stcc和18°s~21°s内的sec均增强（减弱）。stcc和sec之间的垂向剪切滞后niño3.4指数6个月时正相关最强，垂向剪切与eke同时发生时相关性最显著。enso对stcc与sec垂向剪切的调制是通过影响西南太平洋局地风应力旋度实现的。厄尔尼诺年stcc区域内反气旋式风应力旋度使得该区域ekman辐合产生正sla，而stcc北部气旋式风应力旋度则使得ekman辐散产生负sla，形成的sla梯度在地转作用下使得表层stcc和sec增强，随着sec的加深影响深层的sec强度，因此stcc和sec之间的垂向剪切强度增强，从而导致stcc区域内eke增强，拉尼娜年风应力旋度的作用则导致stcc和sec减弱，最终eke减弱。