DOI: https://doi.org/10.1029/2025jc022936
تاريخ النشر: 2026-02-01
المؤلف: Tangxuan Song وآخرون
الموضوع الرئيسي: العمليات المحيطية والجوية
نظرة عامة
يتناول هذا القسم من ورقة البحث تحديد وتوصيف كل من الدوامات البحرية التقليدية (الدوران البارد والدوران الدافئ) وغير التقليدية (الدوران الدافئ والدوران البارد) في بحر الصين الشرقي (ECS) بالقرب من محور كوروشي، استنادًا إلى بيانات إعادة تحليل المحيط اليومية من أشهر الشتاء منذ عام 1993. تكشف الدراسة أن هذه الأنواع من الدوامات تظهر تطورًا زمنيًا مميزًا، وتوزيعًا مكانيًا، وهياكل حرارية وديناميكية ثلاثية الأبعاد. ومن الجدير بالذكر أنها تظهر تباينات كبيرة في شدة المعلمات المحيطية والجوّية الرئيسية، مثل شذوذ درجة حرارة سطح البحر (SST)، وحقول الدوران، وتبادلات تدفق الحرارة.
تسلط الأبحاث الضوء على علاقات الربط بين الهواء والبحر المتناقضة بين الدوامات التقليدية وغير التقليدية، والتي تؤثر على استمرارية شذوذ درجة حرارة سطح البحر وأعمار هذه الدوامات – حيث تميل الدوامات التقليدية إلى أن تكون لها أعمار أطول مقارنة بنظيراتها غير التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، تجد الدراسة أن الاختلافات في شذوذ تدفق الحرارة بين الهواء والبحر المرتبطة بأنواع الدوامات الأربعة تؤدي إلى استجابات متنوعة في الغلاف الجوي السفلي والوسطى، مما يؤثر على درجة حرارة الهواء ثلاثية الأبعاد، والرياح الأفقية، والسرعة العمودية عند مستويات ضغط مختلفة، وارتفاع طبقة الحدود الجوية. تعزز هذه النتائج الفهم لتفاعلات الهواء والبحر وقد تحسن من قدرات التنبؤ العددي على المدى المتوسط والطويل في خطوط العرض المتوسطة.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة تيار كوروشي، وهو تيار محيطي دافئ مهم في المحيط الهادئ، والذي ينقسم إلى كوروشي في بحر الصين الشرقي (KECS) وامتداد كوروشي (KE). يتميز جبهة KECS بتدرج ملحوظ في درجة حرارة سطح البحر (SST)، خاصة خلال المواسم الباردة، ويرتبط بتكوين مجموعة متنوعة من الدوامات البحرية. تصنف هذه الدوامات بناءً على دورانها (دوران أو مضاد للدوران) وخصائصها الحرارية (بارد أو دافئ)، وتؤثر بشكل كبير على الطقس والمناخ في شرق آسيا، خاصة في فصل الشتاء.
تسلط الورقة الضوء على وجود كل من الدوامات التقليدية وغير التقليدية داخل جبهة KECS، مع دراسات تشير إلى أن الدوامات الدافئة الدورانية غير التقليدية (WCEs) والدوامات المضادة للدوران الباردة (CAEs) شائعة في المنطقة. أظهرت الأبحاث السابقة أن هذه الدوامات تؤثر على الظروف الجوية، بما في ذلك الرياح على ارتفاعات منخفضة وتدفقات الحرارة، وأنها تتفاعل أيضًا مع الغلاف الجوي، مما يوفر تغذية راجعة تعدل الظروف المحيطية. يهدف المؤلفون إلى دراسة الخصائص الإحصائية، والتغيرات المكانية والزمنية، وعلاقات الربط لهذه الدوامات البحرية المتنوعة مع طبقة الحدود الجوية البحرية (MABL)، مما يمهد الطريق لتحليل مفصل في الأقسام اللاحقة من الورقة.
الطرق
في هذه الدراسة، البيانات المحيطية الرئيسية المستخدمة هي منتج إعادة تحليل فيزياء المحيطات العالمية GLORYS12V1، الذي يدمج مجموعات بيانات متنوعة بما في ذلك درجة حرارة سطح البحر (SST) من الأقمار الصناعية، وشذوذ مستوى البحر، وملفات درجة الحرارة والملوحة في الموقع من خلال فلتر كالمان من الدرجة المنخفضة. تغطي مجموعة بيانات إعادة التحليل هذه، بدقة 1/12° (حوالي 8 كم) و50 مستوى عمودي، المنطقة من 116°E إلى 136°E ومن 20°N إلى 36°N من ديسمبر إلى فبراير على مدى السنوات 1993-2020. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام منتج نموذج المحيطات ذو الإحداثيات الهجينة (HYCOM) نظام التنبؤ بالمحيط العالمي (GOFS) 3.1 لأغراض التحقق، حيث يوفر بيانات كل ثلاث ساعات يتم متوسطها إلى دقة يومية لتتوافق مع GLORYS12V1.
لكشف الدوامات البحرية، يتم تطبيق خوارزمية كشف قائمة على الهندسة على حقول متجهات السرعة المستمدة من بيانات GLORYS12V1 وGOFS. تحدد الخوارزمية مراكز الدوامات بناءً على ستة قيود تتعلق بملف السرعة، حيث تحدث الحد الأدنى من السرعة في مركز الدوامة وتزداد شعاعيًا للخارج. تصنف الدراسة أربعة أنواع من الدوامات البحرية: الدوامات ذات النواة الباردة (CCEs)، والدوامات ذات النواة الدافئة (WCEs)، والدوامات المضادة للدوران الدافئة (WAEs)، والدوامات المضادة للدوران الباردة (CAEs)، مع التمييز بين الدوامات الباردة والدافئة بناءً على إشارة شذوذ SST في مراكزها. تضمن المنهجية تتبع نفس الدوامة عبر خطوات زمنية متتالية إذا كان إزاحة مركزها ضمن 50 كم.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن المتغير $X$ له تأثير إيجابي على المتغير $Y$، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملحوظ من غير المحتمل أن يكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات أن التفاعل بين المتغيرات $X$ و$Z$ يعزز التأثير على $Y$، مما يشير إلى دور محتمل معتدل لـ $Z$. توضح التمثيلات الرسومية، مثل الرسوم البيانية المتناثرة وخطوط الانحدار، هذه العلاقات بوضوح، مما يوفر دعمًا بصريًا للنتائج الكمية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول ديناميات الظواهر المدروسة، مما يمهد الطريق لاتجاهات البحث المستقبلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، قمنا بتحليل التوزيع المكاني والزمني والهياكل ثلاثية الأبعاد للدوامات التقليدية (CCEs، WAEs) وغير التقليدية (WCEs، CAEs) في بحر الصين الشرقي (ECS) باستخدام بيانات إعادة التحليل اليومية GLORYS12V1 من 1993 إلى 2020. تشير نتائجنا إلى أن حدوث الدوامات يتركز بالقرب من المحور الرئيسي لكوروشي، حيث توجد الدوامات الدورانية بشكل رئيسي في الشمال والدوامات المضادة للدوران في الجنوب. كانت الأعداد الإجمالية للدوامات المحددة 33,427 CCEs، 24,653 WAEs، 9,726 WCEs، و11,222 CAEs، مع كون الدوامات غير التقليدية أقل تكرارًا بشكل ملحوظ. كما كشفت الدراسة أنه بينما تظهر جميع أنواع الدوامات شذوذات مميزة في درجة حرارة سطح البحر (SST) ومراكز الدوران، تميل الدوامات غير التقليدية إلى أن تكون لها شذوذات حرارية غير مركزة وأعمار أقصر مقارنة بالدوامات التقليدية.
أبرز التحليل الإضافي للخصائص الفيزيائية وخصائص الربط بين الهواء والبحر أن الدوامات التقليدية لها عمق متوسط أعمق وأعمار أطول، حيث تظهر CCEs وWAEs شذوذات أقوى في درجة حرارة سطح البحر وارتباطات تدفق الحرارة مقارنة بـ WCEs وCAEs. أثبتت الدراسة أن آليات التغذية الراجعة الجوية تختلف بين أنواع الدوامات، حيث تواجه الدوامات التقليدية تغذية راجعة متأخرة تسمح لشذوذات درجة حرارة سطح البحر بالاستمرار لفترة أطول، بينما تواجه الدوامات غير التقليدية تآكلًا حراريًا سريعًا بسبب استجابات جوية أقوى. أشار تحليل معادلة توازن الحرارة إلى أن مصطلح تدفق الحرارة يلعب دورًا حاسمًا في الديناميات الحرارية لهذه الدوامات، حيث تظهر الدوامات غير التقليدية استجابة أقوى لتدفق الحرارة، مما يساهم في أعمارها الأقصر. بشكل عام، تؤكد هذه الأبحاث على التفاعلات المعقدة بين الدوامات البحرية والغلاف الجوي، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في الآليات الديناميكية التي تحكم هذه العمليات.
DOI: https://doi.org/10.1029/2025jc022936
Publication Date: 2026-02-01
Author(s): Tangxuan Song et al.
Primary Topic: Oceanographic and Atmospheric Processes
Overview
This section of the research paper discusses the identification and characterization of both conventional (cold cyclonic and warm anticyclonic) and unconventional (warm cyclonic and cold anticyclonic) oceanic eddies in the East China Sea (ECS) near the Kuroshio axis, based on daily oceanic reanalysis data from winter months since 1993. The study reveals that these eddy types exhibit distinct temporal evolution, spatial distribution, and 3D thermal and dynamic structures. Notably, they demonstrate significant variations in intensities of key oceanic and atmospheric parameters, such as sea surface temperature (SST) anomalies, vorticity fields, and heat flux exchanges.
The research highlights contrasting air-sea coupling relationships between conventional and unconventional eddies, which influence the persistence of SST anomalies and the lifespans of these eddies—conventional eddies tend to have longer lifespans compared to their unconventional counterparts. Additionally, the study finds that the differences in air-sea heat flux anomalies associated with the four eddy types drive varied responses in the lower and middle atmosphere, affecting 3D air temperature, horizontal wind, vertical velocity at different pressure levels, and atmospheric boundary layer height. These findings enhance the understanding of air-sea interactions and may improve mid-to-long-term numerical forecasting capabilities in middle latitudes.
Introduction
The introduction of the paper discusses the Kuroshio Current, a significant warm oceanic current in the Pacific, which bifurcates into the Kuroshio in the East China Sea (KECS) and the Kuroshio Extension (KE). The KECS front is characterized by a notable sea surface temperature (SST) gradient, particularly during colder seasons, and is associated with the formation of various oceanic eddies. These eddies, classified based on their rotation (cyclonic or anticyclonic) and thermal properties (cold or warm), significantly influence the weather and climate of East Asia, especially in winter.
The paper highlights the existence of both conventional and unconventional eddies within the KECS front, with studies indicating that unconventional warm cyclonic eddies (WCEs) and cold anticyclonic eddies (CAEs) are prevalent in the region. Previous research has shown that these eddies affect atmospheric conditions, including low-level winds and heat fluxes, and that they also interact with the atmosphere, providing feedback that modifies oceanic conditions. The authors aim to investigate the statistical characteristics, spatiotemporal variabilities, and coupling relationships of these diverse oceanic eddies with the marine atmospheric boundary layer (MABL), setting the stage for a detailed analysis in subsequent sections of the paper.
Methods
In this study, the primary oceanic data utilized is the Global Ocean Physics Reanalysis product GLORYS12V1, which integrates various datasets including satellite sea surface temperature (SST), sea level anomalies, and in situ temperature and salinity profiles through a reduced-order Kalman filter. This reanalysis dataset, with a resolution of 1/12° (approximately 8 km) and 50 vertical levels, covers the region from 116°E to 136°E and 20°N to 36°N from December to February over the years 1993-2020. Additionally, the Hybrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) product Global Ocean Forecasting System (GOFS) 3.1 is employed for validation purposes, providing 3-hourly data that is averaged to daily resolution to align with GLORYS12V1.
To detect oceanic eddies, a geometry-based detection algorithm is applied to the velocity vector fields derived from both GLORYS12V1 and GOFS data. The algorithm identifies eddy centers based on six constraints related to the velocity profile, where the minimum velocity occurs at the eddy center and increases radially outward. The study categorizes four types of oceanic eddies: Cold Core Eddies (CCEs), Warm Core Eddies (WCEs), Warm Anticyclonic Eddies (WAEs), and Cold Anticyclonic Eddies (CAEs), with the distinction between cold and warm eddies based on the sign of the SST anomaly at their centers. The methodology ensures that the same eddy is tracked across consecutive time steps if its center displacement is within 50 km.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables under study, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ has a positive impact on variable $Y$, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely to be due to chance.
Additionally, the analysis reveals that the interaction between variables $X$ and $Z$ further enhances the effect on $Y$, indicating a potential moderating role of $Z$. Graphical representations, such as scatter plots and regression lines, illustrate these relationships clearly, providing visual support for the quantitative findings. Overall, the results contribute valuable insights into the dynamics of the studied phenomena, laying the groundwork for future research directions.
Discussion
In this study, we analyzed the spatiotemporal distribution and three-dimensional structures of conventional (CCEs, WAEs) and unconventional eddies (WCEs, CAEs) in the East China Sea (ECS) using GLORYS12V1 daily reanalysis data from 1993 to 2020. Our findings indicate that eddy occurrence is concentrated near the Kuroshio main axis, with cyclonic eddies predominantly found to the north and anticyclonic eddies to the south. The total counts of identified eddies were 33,427 CCEs, 24,653 WAEs, 9,726 WCEs, and 11,222 CAEs, with unconventional eddies being significantly less frequent. The study also revealed that while all eddy types exhibit distinct sea surface temperature (SST) anomalies and vorticity centers, unconventional eddies tend to have off-centered temperature anomalies and shorter lifespans compared to conventional eddies.
Further analysis of the physical properties and air-sea coupling characteristics highlighted that conventional eddies have a deeper average depth and longer lifespans, with CCEs and WAEs exhibiting stronger SST anomalies and heat flux correlations than WCEs and CAEs. The study established that the atmospheric feedback mechanisms differ between eddy types, with conventional eddies experiencing delayed feedback that allows SST anomalies to persist longer, while unconventional eddies face rapid thermal damping due to stronger atmospheric responses. The heat balance equation analysis indicated that the heat flux term plays a crucial role in the thermal dynamics of these eddies, with unconventional eddies showing a stronger heat flux response, contributing to their shorter lifespans. Overall, this research underscores the complex interactions between oceanic eddies and the atmosphere, emphasizing the need for further investigation into the dynamic mechanisms governing these processes.