本文基于高分辨率的区域海洋模式(Regional Ocean Modeling System,ROMS)和条件非线性最优扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation,CNOP)方法开展了日本南部黑潮大弯曲路径的可预报性和目标观测研究,主要内容和结论如下:首先,本文采用单向嵌套的方式对日本南部黑潮路径变异现象进行模拟,结果表明ROMS不仅能够捕捉到日本南部黑潮路径的双模态特征,而且成功再现四国海盆再循环流和黑潮延伸体140°E以东的两个准静止弯曲等。此外,通过对比卫星观测资料发现模拟的黑潮大弯曲形成过程与2004/05的大弯曲形成过程类似,其中包括九州岛东南部的诱导弯曲及其沿日本南岸向下游的传播过程等。综合上述分析得出结论:ROMS模式对黑潮路径变异,尤其是大弯曲路径形成过程有较好的模拟能力。其次,为探究什么扰动最容易触发黑潮从非大弯曲状态(平直路径)转变为大弯曲状态,即黑潮大弯曲路径的最优触发扰动,本文以日本南部黑潮的非大弯曲路径为背景场,选取两个算例Case 1和Case 2,借助基于ROMS模式建立的非线性优化系统,分别计算得到了大弯曲路径的最优触发扰动,其大值主要位于九州岛东南部区域(29°N–32°N,131°E–134°E)的上层2500 m左右,表明该区域扰动对大弯曲的形成至关重要。进一步,通过考察最优触发扰动的非线性发展,并借助于涡度发展方程揭示了非线性物理过程(扰动与扰动之间的相互作用)在大弯曲形成过程中的作用。结果表明线性平流过程(扰动与平均场之间的相互作用)有助于促使弯曲路径中心的气旋涡的向东移动,而非线性过程则有助于促使其向西移动;正是非线性物理过程很大程度上抵消了线性平流过程的作用,从而减小了气旋涡向下游的移动速度,使其能够得到充分发展,最终导致黑潮大弯曲路径。进一步,为探究什么样的初始误差能够在黑潮大弯曲路径的预报中导致最大的预报误差,本文将最优触发扰动引起的大弯曲路径形成过程作为新的背景场(记为Case 1*和Case 2*)计算得到了大弯曲路径预报中的最优初始误差,并考察了该误差的增长机制。对于每个算例,均得到两类最优初始误差,分别记为CNOP1和CNOP2,两者具有几乎相反的空间结构,且它们的大值均位于九州岛的东南部,即大弯曲路径上游区域的上层2500 m左右。通过分析两类CNOP型误差的空间结构和非线性发展过程,发现CNOP1倾向于通过向西南延伸的方式加强大弯曲路径,而CNOP2则倾向于通过向东北收缩的方式削弱大弯曲路径。通过扰动能量分析,发现正压不稳定性和斜压不稳定性均有助于引起能量从背景场转移到误差场,从而导致误差的快速发展。因此在CNOP型最优初始误差的增长过程中,斜压过程和正压过程均具有重要作用。此外,本文还验证了最优初始误差与非线性最优触发扰动在空间分布上具有一定的相似性。最后,基于最优初始误差与非线性最优触发扰动的相似性,针对两个算例识别出了黑潮大弯曲的目标观测敏感区,并通过敏感性试验验证了敏感区的有效性,探讨了初始误差空间位置和结构对黑潮大弯曲预报的影响。进一步,借助于观测系统模拟试验(OSSE)对目标观测的效果进行了理论评估,结果表明:在敏感区内进行目标观测,可以有效减小预报误差,较大程度地改善预报效果。具体地,Case 1*中预报技巧提高了27%左右,Case 2*中提高了近20%。本研究结果进一步加深了人们对黑潮大弯曲路径形成机制的认识,并为实际中黑潮大弯曲路径的预报和观测工作提供了有效的理论指导。