黑潮大弯曲路径衰退过程的可预报性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41906003
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
26.0万
负责人：
刘霞
依托单位：
郑州航空工业管理学院
学科分类：
D0601.物理海洋学
结题年份：
2022
批准年份：
2019
项目状态：
已结题
起止时间：
2020-01-01 至2022-12-31

项目参与者：
--
关键词：
可预报性初始误差黑潮条件非线性最优扰动

项目摘要

The Kuroshio large meander path has an important impact on local climate, fishery distribution and maritime safety, it is of great significance to carry out its predictability studies. Previous studies have found that the initial error plays an important role in the large meander formation process, and for the large meander decay process relative to the formation process, the existing studies have shown that the decay mechanism of the large meander path is different from the formation mechanism; then, What the difference between the predictability of the two processes is and what role the initial error plays in the lager meander decay process are still unclear. Therefore, this project intends to adopt the Regional Ocean Modeling System (ROMS) and the conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP) method to investigate how the initial conditional uncertainty influence the prediction of the large meander path decay process from the perspective of initial error growth, reveal the role of physical processes such as nonlinearity in the large meander decay process, and meanwhile compare the results with those in the large meander formation process and point out the similarities and differences of the error nonlinear evolution mechanisms in the two processes. The implementation of this project will further deepen our understanding about the decay and formation mechanism of the large meander path, and then provide the effective theoretical guidance for the numerical prediction of the Kuroshio large meander path.

黑潮大弯曲对局地气候，渔场分布及航海安全有重要影响，开展其可预报性研究具有重要意义。前人研究发现初始误差对大弯曲路径的形成过程起着重要作用，而与形成过程相对的衰退过程，已有研究结果表明大弯曲路径的衰退机制不同于形成机制；那么，两者的可预报性存在什么差别，初始误差在大弯曲衰退过程中起着什么作用，目前尚不清楚。因此，本项目拟采用复杂海洋模式（ROMS）和条件非线性最优扰动（CNOP）方法，从初始误差增长的角度考察初始条件不确定性对大弯曲路径衰退过程预报的影响，揭示非线性等物理过程在大弯曲路径衰退过程中的作用；并与大弯曲路径形成过程的结果进行对比，指出误差的非线性发展机制在两个过程中的异同。本项目的实施将进一步加深人们对黑潮大弯曲路径衰退过程和形成过程的理解，进而为黑潮大弯曲路径的数值预报工作提供有效的理论指导。

结项摘要

黑潮路径变异对局地气候，渔场分布及航海安全有重要影响，开展其可预报性研究具有重要意义。前人的研究主要集中于大弯曲路径的形成过程，对大弯曲衰退过程关注较少。因此，本项目采用高分辨率海洋模式（ROMS）和条件非线性最优扰动（CNOP）方法对黑潮大弯曲衰退过程的可预报性展开研究。按照预计的研究计划执行，本项目取得了如下成果：（1）探究了黑潮大弯曲衰退过程的最优前期征兆，其大值主要位于大弯曲上游（东经137度以西）1000-2500米，该信号沿黑潮主轴向下游传播有助于触发黑潮大弯曲路径向非大弯曲路径的转变；通过考察最优前期征兆的增长发现，斜压不稳定在大弯曲衰退前期有助于扰动在垂向上的快速发展，但是在气旋涡从大弯曲脱落时，正压不稳定起着重要作用。（2）借助于涡度方程对黑潮大弯曲的衰退机制进行了探讨，发现平流过程在大弯曲衰退中占主导地位；在气旋涡的作用过程中，平流和散度控制着主要平衡，在两者的共同作用下，高位势涡度水不断从大弯曲尖端流出，随着气旋涡从大弯曲的脱落，黑潮从大弯曲路径转变为非大弯曲路径。（3）考察了影响黑潮大弯曲预报的增长最快初始误差，其主要集中在大弯曲上游2500m以上区域；基于增长最快初始误差与最优前期征兆的相似性，识别了大弯曲形成过程的目标观测敏感区，其位于九州东南部（29°N–32°N，131°E–134°E）。通过观测系统模拟试验（OSSEs）对目标观测的效果进行了理论评估，结果表明在敏感区实施额外观测可以有效减小预报误差，改善大弯曲路径的预报技巧。本项目的顺利实施进一步加深了人们对黑潮路径变异机制的理解，也为黑潮大弯曲路径的数值预报工作及最优适应性观测网的构建提供了有效的理论指导。本项目共发表SCI论文3篇，圆满完成了预定的研究目标。