Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích trạng thái sử dụng Bộ lọc Kalman biến thể tập hợp địa phương (LETKF) và cấu trúc tuần hoàn ba lớp của Eo biển Luzon và Biển Đông
Tóm tắt
Một mô hình lưu thông mới của Đại Tây Dương Bắc Thái Bình Dương dựa trên phiên bản song song của Mô hình Hải dương Princeton và kết hợp với kế hoạch đồng bộ dữ liệu Bộ lọc Kalman biến thể tập hợp địa phương (LETKF) đã được phát triển. Mô hình mới kết hợp dữ liệu vệ tinh và được thử nghiệm trong khoảng thời gian từ ngày 1 tháng 1 đến ngày 3 tháng 4 năm 2012 khởi đầu từ một mô phỏng kéo dài 24 năm để ước tính trạng thái đại dương tập trung vào Biển Đông (SCS). Kết quả mô hình được so sánh với các ước tính dựa trên kế hoạch đồng bộ nội suy tối ưu (OI) và được xác nhận so với dữ liệu Argo và dữ liệu vận chuyển độc lập để đánh giá năng lực mô hình. LETKF cung cấp các ước tính cải thiện về trạng thái đại dương Bắc Thái Bình Dương, bao gồm cả vận chuyển qua các eo biển khác nhau trong Biển Đông. Tại Eo biển Luzon, mô hình xác nhận, lần đầu tiên, cấu trúc vận chuyển ba lớp trước đây đã được suy luận trong tài liệu từ các quan sát thưa thớt: hướng tây trong các lớp trên và dưới và hướng đông trong lớp giữa. Cấu trúc này được xác nhận là vững chắc, và động lực liên quan được phân tích sử dụng kết quả của một mô hình Bắc Thái Bình Dương không được đồng bộ kéo dài (18 năm). Độ xoáy tiềm năng và bảo tồn khối lượng chỉ ra một lưu thông xoáy men theo bồn chứa ở lớp trên của Biển Đông (z > -570 m), một lưu thông phản xoáy ở lớp giữa (-570 m ≥ z > -2,000 m), và, trong bồn chứa sâu (< -2,000 m), lưu thông có thể là xoáy ở miền bắc và phản xoáy ở miền nam. Lưu thông xoáy - phản xoáy sâu dưới được xác nhận và được giải thích bằng mô hình trọng lực giảm tại các lớp sâu, do sự tràn qua bậc sâu của Eo biển Luzon tạo nên, kết hợp với sự trỗi dậy dữ dội, cục bộ bên phía tây của eo biển.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Atlas R, Hoffman RN, Ardizzone J, Leidner M, Jusem JC (2009) Development of a new cross-calibrated, multi-platform (CCMP) ocean surface wind product. AMS 13th Conference on Integrated Observing and Assimilation Systems for Atmosphere, Oceans, and Land Surface (IOAS-AOLS)
Berntsen J, Oey LY (2010) Estimation of the internal pressure gradient in sigma-coordinate ocean models: comparison of second-, fourth-, and sixth-order schemes. Ocean Dyn 60:317–330
Blumberg AF, Mellor GL (1987) A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model. In: Heap N (ed) Three-dimensional coastal ocean models, coastal estuarine stud, vol 4. AGU, Washington, DC, pp 1–16
Chang YL, Oey LY (2011) Loop Current cycle: coupled response of the Loop Current with deep flows. J Phys Oceanogr 41(3):458–471
Chang YL, Oey LY (2012) The Philippines-Taiwan oscillation: monsoonlike interannual oscillation of the subtropical-tropical western North Pacific wind system and its impact on the ocean. J Climate 25:1597–1618. doi:10.1175/JCLI-D-11-00158.1
Chang Y, Oey L (2013) Loop Current growth and eddy shedding using models and observations Part 1: numerical process experiments and satellite altimetry data. J Phys Oceanogr 43:669–689
Chang Y-L, Oey L-Y (2014) Instability of the North Pacific subtropical countercurrent. J Phys Oceanogr 44:818–833
Chao S-Y, Shaw P-T, Wu SY (1996) Deep water ventilation in the South China Sea. Deep Sea Res I Oceanogr Res Pap 43(4):445–466. doi:10.1016/0967-0637(96)00025-8, ISSN 0967-0637
Chen C-T (2005) Tracing tropical and intermediate waters from the South China Sea to the Okinawa Trough and beyond. J Geophys Res 110, C05012. doi:10.1029/2004JC002494
Chen C-T, Huang MH (1996) A mid-depth front separating the South China Sea water and the Philippine Sea water. J Oceanogr 52:17–25. doi:10.1007/BF02236530
Chen C-T, Wang S-L (1998) Influence of the intermediate water in the western Okinawa Trough by the outflow from the South China Sea. J Geophys Res 103:12,683–12,688
Chu PC, Edmons NL, Fan CW (1999) Dynamical mechanisms for the South China Sea seasonal circulation and thermohaline variabilities. J Phys Oceanogr 29:2971–2989
Gan J, Li H, Curchitser EN, Haidvogel DB (2006) Modeling South China Sea circulation: response to seasonal forcing regimes. J Geophys Res 111, C06034. doi:10.1029/2005JC003298
Gordon AL, Huber BA, Metzger EJ, Susanto RD, Hurlburt HE, Adi TR (2012) South China Sea throughflow impact on the Indonesian throughflow. Geophys Res Lett 39, L11602. doi:10.1029/2012GL052021
Guo X, Miyazawa Y, Yamagata T (2006) The Kuroshio onshore intrusion along the shelf break of the East China Sea: the origin of the Tsushima warm current. J Phys Oceanogr 36:2205–2231. doi:10.1175/JPO 2976.1
Hsin Y-C, Wu C-R, Chao S-Y (2012) An updated examination of the Luzon Strait transport. J Geophys Res 117, C03022. doi:10.1029/2011JC007714
Hu JY, Kawamura H, Hong H, Qi YQ (2000) A review on the currents in the South China Sea: seasonal circulation, South China Sea warm current and Kuroshio intrusion. J Oceanogr 56:607–624
Hunt BR, Kostelich EJ, Szunyogh I (2007) Efficient data assimilation for spatiotemporal chaos: a local ensemble transform Kalman filter. Phys D 230:112–126
Isobe A (2008) Recent advances in ocean-circulation re- search on the Yellow Sea and East China Sea shelves. J Oceanogr 64:569–584. doi:10.1007/s10872-008- 0048-7
Johns WE, Lee TN, Zhang D, Zantopp R, Liu CT, Yang Y (2001) The Kuroshio east of Taiwan: moored transport observations from the WOCE PCM-1 array. J Phys Oceanogr 31:1031–1053
Jordi A, Wang D-P (2012) sbPOM: a parallel implementation of Princeton Ocean Model. Environ Model Softw 38:59–61. doi:10.1016/j.envsoft.2012.05.013, December 2012
Kawase M (1987) Establishment of deep ocean circulation driven by deep-water production. J Phys Oceanogr 17:2294–2317
Lan J, Zhang N, Wang Y (2013) On the dynamics of the South China Sea deep circulation. J Geophys Res Oceans 118:1206–1210. doi:10.1002/jgrc.20104
Liao G, Yuan Y, Xu X (2008) Three dimensional diagnostic study of the circulation in the South China Sea during winter 1998. J Oceanogr 64:803–814
Lin SF, Tang TY, Jan S, Chen CJ (2005) Taiwan Strait current in winter. Cont Shelf Res 25(9):1023–1042
Lin X, Oey L-Y, Wang D-P (2007) Altimetry and drifter assimilations of Loop Current and eddies. JGR 112:C05046
Liu JY (2013) Status of marine biodiversity of the China seas. PLoS One 8(1):e50719. doi:10.1371/journal.pone.0050719
Liu KK, Tang TY, Gong GC, Chen LY, Shiah FK (2000) Cross-shelf and along-shelf nutrient fluxes derived from flow fields and chemical hydrography observed in the southern East China Sea off northern Taiwan. Cont Shelf Res 20:493–523. doi:10.1016/S0 278-4343(99)00083-7
Mellor GL, Blumberg AF (1985) Modeling vertical and horizontal diffusivities with the Sigma Coordinate system. Mon Weather Rev 113:1379–1383
Metzger EJ, Hurlburt HE (1996) Coupled dynamics of the South China Sea, the Sulu Sea, and the Pacific Ocean. J Geophys Res Oceans 101(C5):12,331–12,352
Metzger EJ, Hurlburt H (2001) The importance of high horizontal resolution and accurate coastline geometry in modeling South China Sea inflow. Geophys Res Lett 28(6):1059–1062
Miyazawa Y, Miyama T, Varlamov SM, Guo X, Waseda T (2012) Open and coastal seas interactions south of Japan represented by an ensemble Kalman Filter. Ocean Dyn. doi:10.1007/s10236-011-0516-2
Miyoshi T, Sato Y, Kadowaki T (2010) Ensemble Kalman filter and 4D-Var intercomparison with the Japanese operational global analysis and prediction system. Mon Wea Rev 138:2846–2866
Oey LY, Chen P (1992a) A model simulation of circulation in the northeast Atlantic shelves and seas. J Geophys Res 97:20087–20115. doi:10.1029/92JC01990
Oey LY, Chen P (1992b) A nested-grid ocean model: with application to the simulation of meanders and eddies in the Norwegian Coastal Current. J Geophys Res 97:20063–20086. doi:10.1029/92JC01991
Oey L-Y, Ezer T, Forristall G, Cooper C, DiMarco S, Fan S (2005) An exercise in forecasting Loop Current and eddy frontal positions in the Gulf of Mexico. Geophys Res Let 32:L12611, 2005GL023253
Oey LY, Chang YL, Lin YC et al (2013) ATOP-the Advanced Taiwan Ocean Prediction System based on the mpiPOM. Part 1: model descriptions, analyses and results. Terr Atmos Ocean Sci 2013:24
Oey L-Y, Chang Y-L, Lin Y-C, Chang M-C, Varlamov S, Miyazawa Y (2014) Cross flows in the Taiwan Strait in Winter*. J Phys Oceanogr 44:801–817
Ott E et al (2004) A local ensemble Kalman filter for atmospheric data assimilation. Tellus 56A:415–428
Qu T (2000) Upper-layer circulation in the South China Sea. J Phys Oceanogr 30:1450–1460
Qu T, Kim YY, Yaremchuk M, Tozuka T, Ishida A, Yamagata T (2004) Can Luzon Strait transport play a role in conveying the impact of ENSO to the South China Sea?*. J Climate 17:3644–3657
Qu T, Du Y, Sasaki H (2006a) South China Sea throughflow: a heat and freshwater conveyor. Geophys Res Lett 33:23
Qu T, Girton JB, Whitehead JA (2006b) Deepwater overflow through Luzon Strait. J Geophys Res 111, C01002. doi:10.1029/2005JC003139
Qu T, Song T, Yamagata T (2009) An introduction to the South China Sea throughflow: its dynamics, variability, and implication for climate. Dyn Atmos Oceans 47:3–14
Rio MH, Guinehut S, Larnicol G (2011) New CNES-CLS09 global mean dynamic topography computed from the combination of GRACE data, altimetry, and in situ measurements. J Geophys Res 116, C07018. doi:10.1029/2010JC006505
Rong Z, Liu Y, Zong H, Cheng Y (2007) Interannual sea level variability in the South China Sea and its response to ENSO. Glob Planet Chang 55:257–272. doi:10.1016/j.gloplacha.2006.08.001
Shaw PT, Chao SY (1994) Surface circulation in South China Sea. Deep Sea Res Part I 40:1663–1683
Sheu W-J, Wu C-R, Oey L-Y (2010) Blocking and westward passage of eddies in the Luzon Strait. Deep Sea Res II Top Stud Oceanogr 57(19–20):1783–1791
Song YT (2006) Estimation of interbasin transport using ocean bottom pressure: theory and model for Asian marginal seas. J Geophys Res 111:C11S19. doi:10.1029/2005JC003189
Sprintall J, Gordon A, Flament P, Villanoy C (2012) Observations of exchange between the South China Sea and the Sulu Sea. J Geophys Res 117, C05036. doi:10.1029/2011JC007610
Stommel H (1958) The abyssal circulation. Letter to the editors. Deep Sea Res 5:80–82
Szunoygh I, Kostelich EJ, Gyarmati G, Patil DJ, Kalnay E, Ott E, Yorke JA (2005) Assessing a local ensemble Kalman filter: perfect model experiments with the National Centers for Environmental Prediction global model. Tellus 57A:528–545
Tian J, Yang Q, Liang X, Xie L, Hu D, Wang F, Qu T (2006) Observation of Luzon Strait transport. Geophys Res Lett 33, L19607. doi:10.1029/2006GL026272
Wang C, Wang W, Wang D, Wang Q (2006) Interannual variability of the South China Sea associated with El Niño. J Geophys Res 111:C3
Wang G, Xie SP, Qu T, Huang RX (2011) Deep South China Sea circulation. Geophys Res Lett 38, L05601. doi:10.1029/2010GL046626
Whitehead JA, Leetmaa A, Knox RA (1974) Rotating hydraulics of strait and sill flows. Geophys Fluid Dyn 6:101–125
Willmott CJ (1981) On the validation of models. Phys Geogr 2:184–194
Wyrtki K (1961) Physical oceanography of the Southeast Asian waters. Scripps Inst Oceanogr Univ Calif, La Jolla 2:195
Xie S, Xie Q, Wang D, Liu WT (2003) Summer upwelling in the South China Sea and its role in regional climate variations. J Geophys Res 108(C8):3261. doi:10.1029/2003JC001867
Xu F-H, Oey L-Y, Miyazawa Y, Hamilton P (2013a) Hindcasts and forecasts of loop current and eddies in the Gulf of Mexico using local ensemble transform Kalman filter and optimum-interpolation assimilation schemes. Ocean Model 69:22–38. doi:10.1016/j.ocemod.2013.05.002
Xu F, Chang Y, Oey L, Hamilton P (2013b) Loop current growth and eddy shedding using models and observations: analyses of the July 2011 eddy-shedding event. J Phys Oceanogr 43:1015–1027
Xue H, Chai F, Pettigrew N, Xu D, Shi M, Xu J (2004) Kuroshio intrusion and the circulation in the South China Sea. J Geophys Res 109, C02017. doi:10.1029/2002JC001724
Yang J, Price JF (2000) Water-mass formation and potential vorticity balance in an abyssal ocean circulation. J Mar Res 58(5):789–808
Yang Q, Tian J, Zhao W (2010) Observation of Luzon Strait transport in summer 2007. Deep Sea Res Part I 57:670–676
Yaremchuk M, Qu T (2004) Seasonal variability of the large-scale currents near the coast of the Philippines. J Phys Oceanogr 34:844–855
Yin XQ, Oey LY (2007) Bred-ensemble ocean forecast of loop current and rings. Ocean Model 17:300–326
Yuan Y, Liao G, Yang C (2008a) The Kuroshio near the Luzon Strait and circulation in the northern South China Sea during August and September 1994. J Oceanogr 64:777–788
Yuan Y, Liao G, Guan W, Wang H, Lou R, Chen H (2008b) The circulation in the upper and middle layers of the Luzon Strait during spring 2002. J Geophys Res 113:C06004
Yuan Y, Liao G, Yang C (2009) A diagnostic calculation of the circulation in the upper and middle layers of the Luzon Strait and the northern South China Sea during March 1992. Dyn Atmos Oceans 47:86–113
Zhang Z, Zhao W, Liu Q (2010) Subseasonal variability of Luzon Strait transport in a high resolution global model. Acta Oceanol Sin 29:9–17
Zhang Z, Zhao W, Tian J, Liang X (2013) A mesoscale eddy pair southwest of Taiwan and its influence on deep circulation. J Geophys Res Oceans. doi:10.1002/2013JC008994
Zhou H, Nan F, Shi M, Zhou L, Guo P (2009) Characteristics of water exchange in the Luzon Strait during September 2006. Chin J Oceanology Limnol 27(3):650–665
