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中尺度涡旋在全球大洋中几乎无处不在，对全球海洋的物质输运起着重要作用。北太平洋环流复杂尺度涡旋十分活跃，特别是在黑潮延伸体海域，中尺度涡旋强度较强。研究该区域中尺度涡旋活动的时空变率特征以及不同极性中尺度涡旋变率特征之间的差异，对于估算北太平洋不同极性的涡致输送有着重要的指导意义。
本文基于高分辨率观测数据，提出了拉格朗日涡动能的概念，作为一种表征涡旋动能水平的综合指标，并对北太平洋海域，特别是黑潮延伸体海域中尺度涡旋活动的时空变率特征及两种极性之间的特征差异进行了详细分析。在此基础上，基于涡分辨率海洋数值模式LICOM2.0数据，评估了模式对不同极性中尺度涡旋变率特征的模拟能力。
基于欧拉及拉格朗日两种框架下的涡旋特征，本论文提出了拉格朗日涡动能的概念，将其定义为每个中尺度涡旋影响范围内涡动能的加权区域平均值，作为衡量该中尺度涡旋动能水平的表征指标。引入拉格朗日涡动能之后，更为准确地衡量了具有完整闭合结构的中尺度涡旋动能，有效地体现了每个中尺度涡旋动能水平的演变过程。格点化后的结果还表现出不同极性中尺度涡旋动能场在空间分布特征上的不一致。因此说明拉格朗日涡动能的引入有助于区分不同极性中尺度涡旋动能场的相对贡献，加强了对中尺度涡旋动能分布特征的理解，有效地弥补了传统表征指标的不足。
基于拉格朗日涡动能的引入，结合其他涡旋表征指标，本论文对黑潮延伸体海域不同极性的中尺度涡旋活动进行了详细的变率特征分析。空间分布的研究结果表明，在黑潮急流轴的南北两侧，不同极性的中尺度涡旋会出现显著的分布不一致特征:南侧以气旋涡为主，活动频次高，强度大;北侧则正好相反，以反气旋涡为主。这种空间分布的不一致特征主要与急流轴南北两侧气旋涡与反气旋涡不同的经向偏移特征有关。该海域气旋涡（反气旋涡）更倾向于向赤道（极地）偏移，为了维持位涡守恒，在这种经向偏移中，两种涡旋均会强度增强。因此造成了南北两侧中尺度涡旋空间分布的极性不一致特征。
在此基础上，进一步对比分析了黑潮急流轴南北两侧不同极性中尺度涡旋活动的时间变率特征。可以发现，南北两侧的中尺度涡旋在季节变率，年际与年代际变率，长期变化趋势等多种时间尺度上均存在显著的不一致。另外，研究表明，南侧（北侧）气旋涡（反气旋涡）的相对贡献更大。黑潮系统自身振荡的影响使得南北两侧中尺度涡旋表现出不同的年际及年代际变率特征。当黑潮系统处于稳定状态时，南侧气旋涡受到反气旋涡风场异常的耗散而强度减弱，北侧反气旋涡受到反气旋涡风场异常的动能输入而强度增强;当黑潮系统处于不稳定状态时则正好相反。由于南侧（北侧）主要以气旋涡（反气旋涡）为主，因此造成了南北两侧中尺度涡旋时间变率的极性不一致。
同时，本论文中首次针对北太平洋海域进行了中尺度涡旋场的低频变率特征及长期变化趋势分析。结果显示，在整个北太平洋海域中，东北太平洋海域的中尺度涡旋活动出现了最为显著的正增长趋势，且这种增长趋势主要以反气旋涡的贡献为主。进一步的分析指出，中尺度涡旋场的正增长趋势与同纬度带海表风场的减弱过程有关。风场的长期减弱，减缓了中尺度涡旋场的耗散过程，同时伴随的反气旋式风应力异常为反气旋涡的生成与维持提供了更为有利的条件。与此同时，该海域的中尺度涡旋活动还受到大尺度气候模态(Pacific Decadal Oscillation和North Pacific Gyre Oscillation)的影响，表现出显著的年际与年代际变率特征。
基于涡分辨率LICOM2.0海洋数值模式，本文还对黑潮延伸体海域不同极性的中尺度涡旋时空变率特征进行了详细的模拟评估。模拟结果显示，LICOM2.0模式基本可以再现不同极性中尺度涡旋活动在黑潮急流轴南北两侧时空变率特征的不一致。急流轴南北两侧的模拟能力对比可以看出，LICOM2.0模式对北侧中尺度涡旋活动变率特征的模拟能力更好。
本文基于高分辨率观测数据，提出了拉格朗日涡动能的概念，作为一种表征涡旋动能水平的综合指标，并对北太平洋海域，特别是黑潮延伸体海域中尺度涡旋活动的时空变率特征及两种极性之间的特征差异进行了详细分析。在此基础上，基于涡分辨率海洋数值模式LICOM2.0数据，评估了模式对不同极性中尺度涡旋变率特征的模拟能力。
基于欧拉及拉格朗日两种框架下的涡旋特征，本论文提出了拉格朗日涡动能的概念，将其定义为每个中尺度涡旋影响范围内涡动能的加权区域平均值，作为衡量该中尺度涡旋动能水平的表征指标。引入拉格朗日涡动能之后，更为准确地衡量了具有完整闭合结构的中尺度涡旋动能，有效地体现了每个中尺度涡旋动能水平的演变过程。格点化后的结果还表现出不同极性中尺度涡旋动能场在空间分布特征上的不一致。因此说明拉格朗日涡动能的引入有助于区分不同极性中尺度涡旋动能场的相对贡献，加强了对中尺度涡旋动能分布特征的理解，有效地弥补了传统表征指标的不足。
基于拉格朗日涡动能的引入，结合其他涡旋表征指标，本论文对黑潮延伸体海域不同极性的中尺度涡旋活动进行了详细的变率特征分析。空间分布的研究结果表明，在黑潮急流轴的南北两侧，不同极性的中尺度涡旋会出现显著的分布不一致特征:南侧以气旋涡为主，活动频次高，强度大;北侧则正好相反，以反气旋涡为主。这种空间分布的不一致特征主要与急流轴南北两侧气旋涡与反气旋涡不同的经向偏移特征有关。该海域气旋涡（反气旋涡）更倾向于向赤道（极地）偏移，为了维持位涡守恒，在这种经向偏移中，两种涡旋均会强度增强。因此造成了南北两侧中尺度涡旋空间分布的极性不一致特征。
在此基础上，进一步对比分析了黑潮急流轴南北两侧不同极性中尺度涡旋活动的时间变率特征。可以发现，南北两侧的中尺度涡旋在季节变率，年际与年代际变率，长期变化趋势等多种时间尺度上均存在显著的不一致。另外，研究表明，南侧（北侧）气旋涡（反气旋涡）的相对贡献更大。黑潮系统自身振荡的影响使得南北两侧中尺度涡旋表现出不同的年际及年代际变率特征。当黑潮系统处于稳定状态时，南侧气旋涡受到反气旋涡风场异常的耗散而强度减弱，北侧反气旋涡受到反气旋涡风场异常的动能输入而强度增强;当黑潮系统处于不稳定状态时则正好相反。由于南侧（北侧）主要以气旋涡（反气旋涡）为主，因此造成了南北两侧中尺度涡旋时间变率的极性不一致。
同时，本论文中首次针对北太平洋海域进行了中尺度涡旋场的低频变率特征及长期变化趋势分析。结果显示，在整个北太平洋海域中，东北太平洋海域的中尺度涡旋活动出现了最为显著的正增长趋势，且这种增长趋势主要以反气旋涡的贡献为主。进一步的分析指出，中尺度涡旋场的正增长趋势与同纬度带海表风场的减弱过程有关。风场的长期减弱，减缓了中尺度涡旋场的耗散过程，同时伴随的反气旋式风应力异常为反气旋涡的生成与维持提供了更为有利的条件。与此同时，该海域的中尺度涡旋活动还受到大尺度气候模态(Pacific Decadal Oscillation和North Pacific Gyre Oscillation)的影响，表现出显著的年际与年代际变率特征。
基于涡分辨率LICOM2.0海洋数值模式，本文还对黑潮延伸体海域不同极性的中尺度涡旋时空变率特征进行了详细的模拟评估。模拟结果显示，LICOM2.0模式基本可以再现不同极性中尺度涡旋活动在黑潮急流轴南北两侧时空变率特征的不一致。急流轴南北两侧的模拟能力对比可以看出，LICOM2.0模式对北侧中尺度涡旋活动变率特征的模拟能力更好。