与强厄尔尼诺-南方涛动现象相关的南海沿岸困波

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Coastal trapped waves in the South China Sea associated with strong El Ni?o-Southern Oscillation

海岸被困波（CTWs）时空特征及其受ENSO事件影响的机制研究。基于香港等五个潮汐站观测数据，揭示强ENSO（La Ni?a/El Ni?o）事件下S2S CTWs（周期>30天）与合成尺度CTWs（周期<30天）的强度差异及空间分异规律：北部南中国海CTWs呈barotropic结构，越南东部陆架则为baroclinic结构，其动力响应与区域风场、背景环流、分层特征及热带气旋活动密切相关。研究为南海海岸灾害预测提供理论支撑。

　　沿海被俘波（Coastal Trapped Waves, CTWs）是海洋中一种特殊的波动现象，它们在沿海动态过程中扮演着至关重要的角色，并能够跨越广阔的海域传播。这种波的传播特性使其在海洋学研究中具有重要意义，特别是在理解沿海地区海平面变化、洋流波动以及相关环境影响方面。本文聚焦于南海区域的CTWs变化，特别关注其在强厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）事件中的表现。通过分析香港潮汐观测数据，研究发现强拉尼娜事件期间，亚季节至季节（S2S）尺度的CTWs（周期大于30天）强度显著增强，而气象尺度（周期小于30天）的CTWs则在强厄尔尼诺事件中表现更为突出。此外，时空分析揭示了南海北部大陆架与越南东部大陆架上CTWs特性的显著差异。具体而言，南海北部的CTWs倾向于为地转波（barotropic），而越南东部的CTWs则更多地表现出斜压波（baroclinic）特征。

南海作为西北太平洋最大的边缘海，位于东亚季风区，其季节性环流变化十分显著。夏季西南季风盛行，冬季则由东北季风主导。这种强烈的季风影响使得南海的海洋动力学过程更加复杂，也导致了CTWs在该区域的广泛存在。然而，尽管ENSO对南海的物理状态具有深远影响，以往的研究主要集中在CTWs的短期变化上，而对ENSO事件如何调控CTWs的动力学特性关注较少。因此，本文旨在填补这一研究空白，通过长期观测数据揭示ENSO对南海CTWs变化的影响机制。

ENSO作为一种全球性气候现象，对沿海海洋环境的影响主要通过两种途径实现。首先，ENSO通过大气遥相关改变了局部海洋的强迫条件，尤其是在沿海风场方面。这种风场的变化直接影响了CTWs的生成和传播。其次，ENSO通过海洋内部过程，如赤道附近的西风爆发，影响了海洋的热力结构和环流模式。这些变化可能进一步影响CTWs的形成，例如通过激发斜压Kelvin波，从而在大陆架上产生CTWs。

本文的研究区域包括南海北部大陆架和越南东部大陆架，这两个区域的CTWs表现出不同的特征。南海北部的CTWs主要由地转波构成，其传播路径和能量分布受到季风风场和海洋环流的显著影响。而在越南东部，CTWs更多地表现为斜压波，其特性与海洋的热力分层密切相关。这种差异可能是由于两个区域的海洋结构和动力条件不同所致。例如，南海北部的水深较浅，而越南东部则相对更深，这可能导致CTWs在不同区域的传播方式和能量分布存在差异。

研究结果还表明，局部风场对CTWs的传播具有关键作用。在强厄尔尼诺事件期间，南海的风场模式会发生显著变化，这可能影响CTWs的生成和传播路径。此外，背景环流的变化也是CTWs传播的重要因素。在强拉尼娜事件期间，背景环流的调整可能增强CTWs的传播能力，从而导致其强度的显著提升。这种现象在越南东部尤为明显，因为该区域的背景环流在强拉尼娜和强厄尔尼诺年之间存在显著差异，进而影响CTWs的动态行为。

从时间尺度来看，CTWs可以分为两个主要类别：气象尺度（周期小于30天）和亚季节至季节尺度（周期大于30天）。气象尺度的CTWs通常由冬季风暴和登陆热带风暴引发的沿海风应力产生，而亚季节至季节尺度的CTWs则更多地与开放海洋中的波动有关。这些波动可能通过远距离的传播机制影响到南海的CTWs特性。例如，强厄尔尼诺事件期间，赤道附近的西风爆发可能生成斜压Kelvin波，这些波在到达南海大陆架后，可能进一步演化为CTWs，从而影响该区域的海洋动力学过程。

在南海北部大陆架，CTWs的传播主要受到季风风场的影响。冬季东北季风的盛行可能增强了沿海风应力，从而促进了CTWs的生成和传播。而在越南东部大陆架，由于该区域的水深较深，CTWs的传播可能受到海洋热力结构的显著影响。例如，在强拉尼娜事件期间，海洋的热力分层可能发生变化，从而影响CTWs的传播路径和能量分布。这种变化可能进一步导致CTWs在该区域的强度增强。

此外，研究还发现，ENSO事件对南海CTWs的影响不仅限于风场和背景环流的变化，还包括海洋的热力分层和热带气旋活动。例如，在强厄尔尼诺事件期间，赤道附近的西风爆发可能增强海洋的热力分层，从而影响CTWs的传播特性。而在强拉尼娜事件期间，海洋的热力分层可能减弱，导致CTWs的传播路径发生变化。这种变化可能进一步影响南海的海洋环境，包括海平面变化、洋流波动以及沉积物再悬浮等过程。

研究还指出，ENSO事件对南海CTWs的影响具有显著的时空特征。例如，在强厄尔尼诺事件期间，CTWs的传播可能更加广泛，而在强拉尼娜事件期间，CTWs的强度可能显著增强。这种变化可能与ENSO事件期间的海洋动力学过程密切相关，例如风场变化、海洋环流调整以及热力分层的演变。这些因素共同作用，导致CTWs在南海区域表现出不同的时空分布模式。

本文的研究结果不仅加深了对南海CTWs动力学机制的理解，还为该区域的海岸灾害预测和管理提供了重要的科学依据。随着未来气候变暖的加剧，ENSO事件的强度和频率预计会增加，这可能进一步影响南海的海洋环境。因此，深入研究ENSO对CTWs的影响，有助于更好地理解和预测南海的海洋变化，从而为沿海地区的可持续发展提供支持。

研究过程中使用的数据包括来自五个沿海潮汐观测站的观测数据，以及HYCOM海平面异常（SLA）数据和海洋尼?o指数（ONI）数据。这些数据的分析方法主要包括去趋势处理，即通过去除年均值来消除长期变化的影响，从而更清晰地揭示CTWs的短期波动特性。此外，研究还结合了欧洲中期天气预报中心（ERA5）的再分析数据，以更全面地了解ENSO事件期间的海洋和大气条件。

本文的研究结果表明，ENSO事件对南海CTWs的影响具有显著的区域差异。在南海北部大陆架，强拉尼娜事件期间CTWs的强度显著增强，而在越南东部大陆架，强厄尔尼诺事件期间CTWs的传播更为活跃。这种差异可能与两个区域的海洋结构、风场条件以及背景环流的调整有关。例如，南海北部的CTWs主要受到季风风场的影响，而越南东部的CTWs则更多地受到海洋热力结构和背景环流的调控。

总之，本文通过长期观测数据和多源数据的分析，揭示了ENSO事件对南海CTWs变化的影响机制。研究结果不仅加深了对CTWs动力学特性的理解，还为该区域的海洋环境管理和海岸灾害预测提供了重要的科学支持。随着全球气候变化的加剧，ENSO事件的频率和强度预计会增加，因此，进一步研究ENSO对CTWs的影响，对于理解和应对南海的海洋变化具有重要意义。