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530 物理海洋学杂志第8卷

太平洋近赤道逆流的横向振动

Klaus Wyrtki

夏威夷大学，海洋学院，火奴鲁鲁96822

1977年11月7日，1978年1月25日

摘要：近期在卫星图像上发现的太平洋近赤道长波与范宁岛的海平面振荡以及漂流浮标的振动轨迹有关。这种浮标的漂流模式表明了有34天周期的近赤道逆流的横向振动是造成海平面显著变化的原因。

Legeckis在1977年基于红外卫星云图的分析指出在赤道东太平洋长波会沿着海表温度的锋面向西传播。这些长波的波长在800km到1200km之间，以40km/天的速度向西传播，推断其周期在20到30天之间。1975年的10月和11月在110到130°W，1到3°N之间观测到赤道东太平洋长波。

在1975年7月到1976年2月之间，向西三千多公里的范宁岛（4°N，159°W）观测到了相似周期的海平面振动。这意味着在向西流动的南赤道海流和向东流动的逆流两者边界之间的赤道长波向西延伸，并且至少延伸到莱恩群岛，那里的海表温度锋比120°W附近的要弱的多，并且他们在海平面也存在。在1975年8月到1976年2月之间，在海平面记录上出现了6个海峰和6个海槽（图1），清楚的表现了平均周期为34天的五个振动。这个周期要比Legeckis在1977年在110到130°W范围内估计的波长与波速要长，海平面波动的振幅大概是7cm。Legeckis在1975年1月首次观测记录到这种波动，然而在范宁岛的海平面记录中直到7月底才能观测到这些波动。这些证据支持了关于波动在东太平洋生成再向西传播的论点。如果以40km/天的速度传播，那么需要75天到达3000km远，这段时间与从第一次观测的波动到他们在范宁岛消失的这段时间是大概一致的。

在1975年11月29日和30日，四个漂浮游标通过北赤道洋流到达了莱恩群岛的东侧（Harris,1976),legeckis在1977年只是简明地提及了这个事实。这四个游标中的两个到达了9°N、151°W，接近逆流的北侧边界。这两个到达北边的游标并没有飘得很远，一个浮标只漂流了一周，另一个漂流了120天，但第二个浮标只是向西漂流了500km，并且都是在最后的25天之中达到的。向南的两个在1975年11月30日到达了6°N、154°W，接近逆流的中心。在其中一个停止漂流之前的一个月内，两个浮标的漂流轨迹有着很好的相关性，另一个浮标漂流了超过120天并且符合一个很明显的南部的涛动模式（图2）。这个浮标以27km/天（31cm/s）的速度随着逆流向东漂流了2500km，并在1976年3月中旬到达了130°W。它最开始是在6°N几天中接近静止状态，然后向南部移动到达了4°N，又在3个纬度之间振荡，在1976年1月到达了8°N。从那以后，振荡开始减弱，浮标在7°N和8°N之间向东漂浮。每一次的振荡，北边的部分似乎振荡的更加剧烈和频繁，在12月19到23日，浮标以平均49km/天的速度向北运动。当在极北和极南位置之间计算时，拉格朗日浮标的明显振荡周期分别为29天、24天、25天和27天。在同一段时间内，海平面的振荡的周期相比更长，为36天、37天和32天。

图1.1975年4月到1976年6月范宁岛（4°N，159°W）的每日平均海平面

海平面振荡和拉格朗日浮标振荡之间周期的不同也许可以用多普勒变化来解释，即由关系式 = – U来控制，在这个公式中，L表示波长，U代表装载了拉格朗日漂浮器的浮标的速度，代表拉格朗日漂浮器所观测到的波动周期，表示一个固定位置上观测到的波动的周期。观测到的数值分别为=34天，=26天，L=1100km,这些数值计算出的结果就是U=10km/天。观测得到的浮标的速度为27km/天。在对比这样两个数值的时候我们就要意识到这些不同的参数既不是同时观测得到的也不是同一个地点观测得到的，海平面是在157°W计量的，浮标是在154到130°W之间漂流的，卫星图片定义的波动是在不同时间在130到110°W之间观测的。此外，这些近赤道的波动看上去是高度非线性的，在逆流中心附近的浮标的速度要比接近海温锋的速度要快，后者可以用欧拉和拉格朗日周期之间的差异来解释。

图2.范宁岛的每日平均海平面（顶）和在赤道逆流中浮标的轨迹（底），圆圈中的数字代表两次记录中极大值与极小值之间的周期值。

为了解释范宁岛观测到的15cm海平面振荡，我们需要考虑与赤道洋流系统相关海表面的地势。逆流会在4°N附近的海脊和10°N附近的海槽之间的海表地势间流动。相对于1000db的海脊和海槽之间的平均差在莱恩群岛附近达到35cm（Wyrtki,1975)。在南部海平面的下降没有那么快。因为范宁岛位于4°N，靠近逆流中向南的转换的海脊，海脊暗示着范宁岛海平面的一次下降。从浮标的漂流模式以及范宁岛海平面的波动，我们可以知道Legeckis在1977年观测到的波动构成了这个逆流中的大的横向振动。从每一次振动（10-15cm)范宁岛海平面总的下降高度，我们可以得出在每一次波动过程中逆流中的很大一部分向范宁岛的南部流动的结论。

从1972年12月至今的范宁岛的海平面记录的报告可以揭示出在1973年9月到10月之间记录了一个有27天周期的类似波动，在1974年10到11月记录到的类似波动的周期为30天。这些观测到的波动振幅与1975年观测到的波动振幅是相近的，但是持续的时间要短的多，包括每年只有两次完整的振荡。这种波动在范宁岛出现的时间大概是在秋天，与逆流中最强流动的发生时间是符合的，在每年7月到9月之间会随着东南信风到达极点。尽管在范宁岛附近海温锋比赤道东太平洋的要弱得多，但这与1975年8月到12月范宁岛上观测到的温度的波动又是相符合的（Vitousek,个人交流），这些温度波动的量级只是1℃，基本是卫星可以检测到的。

感谢：这篇研究是由国家科学基金会分支的国际十年海洋勘探的北太平洋研究提供支持，由衷感谢这份支持。

参考文献：

1.Harris,J.E.,1976:Report on NDBO drifting buoy experiment in the Pacific North Equatorial Countercurrent,National Data Buoy Office,Informal Engineering Report,Contract NAS8-30330.

2.Legeckis,R.,1977:Long waves in the eastern equatorial Pacific Ocean: A view from a geostationary satellite. Science,197,1179-1181.

3.Wyrtki,K.,1975:Fluctuations of the dynamic topography in the Pacific Ocean.J.Phys.Oceanogr:,5,450-459.

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