中科院海洋所袁东亮团队在北太平洋次温跃层环流研究中取得突破

发布时间:2020-10-13 文章来源:

  

  大洋风生环流动力学理论于上世纪40年代建立,主要揭示大洋上层环流由风旋度驱动,并由西边界流闭合的动力机制。现代温跃层理论于上世纪80年代建立,包括位涡均一化理论和通风温跃层理论,强调大洋主温跃层之下,除了西边界流回流区和通风温跃层以外,海洋环流难以被驱动,存在所谓静止不动的阴影区,与实际海洋观测不符。

  上世纪80年代,以胡敦欣为代表的中科院海洋所的老一辈科学家,在西太平洋发现了棉兰老潜流等潜流,无法用现代大洋温跃层理论解释,显示经典温跃层理论存在局限性,这些潜流的机制长期困扰着国际海洋学家。次温跃层环流的动力机制是现代大洋环流动力学研究的国际热点,也是理论研究难啃的硬骨头。

  近日,中科院海洋所袁东亮研究员团队在北太平洋次温跃层环流研究中取得0-1”的突破他们的前期预研究发现了北太平洋存在一支超长、超强的次温跃层海流,命名为“北赤道次表层流(NESC)”,位于5°N附近北赤道逆流之下,贯通整个太平洋海盆向西流动,进入印尼贯穿流源区,是赤道太平洋水团进入印尼海和印度洋的唯一通道。

  他们对其三维结构、变异规律与动力机制开展研究利用潜标测量,船载ADCP海流测量并与Argo地转流数据结合,证实NESC是一支横跨整个北太平洋海盆流动的海流,具有显著的季节-年际尺度的变化,在夏季和拉尼娜期间变强,在冬季和厄尔尼诺期间变弱。

   

   

  1NESC体积输运及其年际异常。

   

      使用线性连续层化模式(LCSM ),团队揭示了大洋次温跃层环流的动力机制。指出包括NESC在内的潜流,其形成机制是由大尺度环流的静力平衡和海面、海底动力边界条件约束决定。由于热带大洋层结的低阶斜压模态在温跃层附近存在零点,前几个斜压模态的叠加造成了强的表层流与弱的潜流,模式成功再现了太平洋赤道流系的主要海流及其潜流。该理论与经典环流理论的本质区别,在于考虑了海底边界的约束。经典理论假设约化重力模型,忽略了底边界的影响。

  

  2NESC与上层NECC反向的动力机制解释以及赤道太平洋斜压模态结构与LCSM模拟结果。

   

  研究还显示,NESC的季节变化是由中、东赤道太平洋季节变化的风应力旋度,通过激发向西向下传播的斜压罗斯贝波强迫的。研究团队首次使用连续层化斜压罗斯贝波的解析解,成功了再现了NESC纬向流的季节变化。

  这一系列研究揭示了NESC等大洋潜流的形成机制,具有一般性,可以推广到其它海域。新理论克服了现代大洋温跃层环流理论中存在静止的“阴影区”的缺陷,是对大洋温跃层理论的重要修正。相关研究成果发表在Scientific Reports Journal of Physical Oceanography杂志上。

   

  Yang, Y., X. Li, J. Wang, and D. Yuan*, 2020: Seasonal variability and dynamics of the Pacific North Equatorial Subsurface Current. J. Phys. Oceanogr., 50, 2457-2474, doi: 10.1175/JPO-D-19-0261.1.

  Li, X., Y. Yang, R. Li, L. Zhang, and D. Yuan*, 2020: Structure and dynamics of the Pacific North Equatorial Subsurface Current. Sci. Rep., 10:11758, https://doi.org/10.1038/s41598-020-68605-y.

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