南极绕极流（the Antarctic Circumpolar Current，ACC）作为南大洋中最显著的风生环流系统，具有宽流幅、高流速、深影响等特征，对跨海盆尺度的物质能量输运、局地海气相互作用、生态与天气系统、海洋碳汇过程等具有重要的调制作用。观测和模拟均发现ACC流量存在较大的不确定性，特别是在次季节尺度内的快速变化现象，又被称为ACC流量跃变现象。该现象为ACC流量的短期预报带来了巨大挑战。

ACC流量短期变率主要受到涡旋、锋面等中小尺度过程的影响。因此，本文从海洋内部变率的角度开展了德雷克海峡（the Drake Passage，DP）扇区ACC流量跃变的可预报性研究。具体地，基于区域海洋模式（Regional Ocean Modeling System，ROMS）和条件非线性最优扰动（Conditional Optimal Nonlinear Perturbation，CNOP）方法，本文分别计算了ACC流量跃变的最优前期征兆（optimal precursor，OPR）和最快增长初始误差（optimally growing initial error，OGIE），并在此基础上开展了ACC流量跃变的目标观测研究。主要研究结果如下：

（1）利用ROMS对南大洋ACC进行了高分辨率的数值模拟。结果表明：ROMS能够较为准确地模拟ACC气候态结构和多尺度时间变率特征；模拟的ACC流量为136.5±8.0 Sv（1 Sv=10⁶ m³ s^–1），与观测结果一致；特别地，在次季节尺度内ACC流量具有较强的时间变率，且能够表征30天内的跃变现象，为计算OPR和OGIE提供了研究基础。

（2）基于ROMS伴随模式建立的非线性优化框架，针对三个高流量个例和三个低流量个例，分别计算了导致ACC流量跃变事件发生的OPR。结果表明：OPR在不同个例中具有相似的结构特征，其大值区均位于DP中部（58°S-62°S，72°W-64°W）1000-3000米区域；通过在上层流场中激发出一对涡旋状偶极子扰动模态，OPR对ACC流量产生影响；在高流量（低流量）个例中，OPR倾向于触发流量由高向低（由低向高）跃变；在OPR的非线性发展过程中，受到斜压不稳定的主导作用，扰动动能具有更快的增长速度。

（3）基于OPR所触发的ACC流量跃变过程计算了导致预报误差发展最大的OGIE。结果表明，OGIE的结构特征、发展和演变机制与OPR类似。OGIE集中分布在DP中部（58°S-62°S，72°W-64°W）3000米区域；对于高流量向低流量（低流量向高流量）跃变过程，OGIE倾向于增大（减小）预报的流量；整体而言，OGIE能够减弱甚至消除背景场中流量跃变过程；该过程受到斜压不稳定的主导作用，表现为一对涡旋状偶极子误差模态的生成与发展；同时，涡度误差收支的诊断分析表明线性平流和非线性平流过程相互制约，共同维持了OGIE的局地性发展。

（4）利用OGIE的水平分布，确定了预报ACC流量跃变的CNOP型观测敏感区，并进行目标观测研究。敏感性试验表明，ACC流量对于CNOP型敏感区内（尤其2000 m以下）的初始“观测”误差具有更大的敏感性。进一步，利用观测系统模拟试验，验证了在CNOP型敏感区内（尤其2000 m以下） 去除初始“观测”误差能够较大程度改善（超过50%）ACC流量跃变的预报效果。

本文通过探究ACC流量跃变的OPR、OGIE以及目标观测问题，揭示了海洋内部斜压不稳定和非线性过程对ACC流量短期变异的重要作用。同时，验证了在识别的敏感区内增加观测和优化初始场将有助于提升ACC流量跃变的预报技巧，对于设计和优化南大洋德雷克扇区ACC的观测网络具有一定的指导意义。