突破性观测研究成果:发现棉兰老流在印尼海源区发生剧烈摆动

发布时间:2022-01-14 文章来源:

突破性观测研究成果:发现棉兰老流在印尼海源区发生剧烈摆动

 

近日,中科院海洋所袁东亮研究员团队在印尼贯穿流(ITF)源区环流的观测研究取得0-1的突破性进展,首次以确凿观测数据证实,太平洋热带环流的西边界流——棉兰老流在西太平洋-印尼海源区海域有强烈的季节性摆动,研究成果已在国际权威学术期刊J. Phys. Oceanogr.在线发表。

太平洋一侧印尼贯穿流入口区域的海洋环流极其复杂,来自南北半球的两支西边界流——棉兰老流和新几内亚沿岸流在此相遇,形成了北赤道逆流(NECC)与印尼贯穿流的源头,西边界流携带的两个半球副热带次表层与中层的多支水团交汇,形成了所谓的水团十字路口。这里的西边界流路径和变异,对于ENSO等气候异常事件,以及全球海洋环流大输送带和翻转环流等等,有十分重要的意义。

2014年起,中科院海洋所通过与印尼科学院海洋研究中心合作,建立并维持了西太平洋-印尼海潜标观测阵列,覆盖了印尼海东部的关键海峡。其中,马鲁古海峡,哈马黑拉海的海流观测分析,发表在国际物理海洋学研究的权威期刊J. Phys. Oceanogr.上(Yuan et al. 2018; Li et al. 2020) ,两篇论文对其变率和机制进行了探讨。本研究基于塔劳-哈马黑拉海峡连续2年的潜标数据(图1),结合走航观测数据,揭示了棉兰老流的强烈季节摆动现象,并揭示其机制。


1 潜标位置TH1-3,走航CTD站位与船载ADCP轨迹

 

分析显示,TH海峡的海流变率以季节尺度及以上的低频变化为主(图2),上层海流存在显著的年循环,冬季为东北向,夏季为西南向。水团、水色与海表面高度等数据进一步证明,这种年循环的变化是由于棉兰老流(MC)的季节性摆动引起的,棉兰老流在北半球冬季向南入侵马鲁古海后向东折返,形成北赤道逆流的源头。而在夏季则向北退却,在塔劳岛附近直接转向东。流态季节变化的机制可以用袁东亮课题组前期获得山东省自然科学奖的两支西边界流相遇的非线性多平衡态理论来解释(Wang and Yuan 2012, 2014 JPO)。棉兰老流与新几内亚沿岸流相对强度的变化,决定了棉兰老流的路径变化,从而决定了TH海峡海流的季节变化(图3)。在200米以下的次表层,4-7月存在一支西向的海流。潜标CTD数据显示,其水团性质为高盐的南太平洋热带水。2年平均的TH海峡60-300米的平均流量约为10.1-13.2 Sv,由北马鲁古海流向西太平洋。

 

2 潜标ADCP海流剖面时间序列与平均剖面

 

 

3 冬、夏季印尼贯穿流源区上层环流示意图与MPIOM模拟的北马鲁古海质量收支

 

本研究借助潜标观测,首次以确凿证据证实棉兰老流存在强的季节性摆动,显示非线性动力过程在印尼贯穿流源区的极端重要性。棉兰老流的摆动,证明罗斯贝波在赤道太平洋西边界的反射,涉及强非线性动力过程(Yuan et al. 2019 JGR),颠覆了经典线性反射理论,是对ENSO动力学研究的重要原创性贡献。研究结果,对于气候预报和环流动力学研究有重要科学意义。同时,也为ITF动力机制提供了新的研究内容。另外,次表层的CTD观测,为南太平洋热带水通过马鲁古海汇入印尼贯穿流提供了观测证据。

本研究得到了基金委重点国际合作基金、重大计划重点基金、国家重点研发计划(2020YFA0608800)和中科院战略性先导科技专项CAS (XDB42000000)等项目支持。

 

1.       Li X., Yuan D.*, Li Y., Wang Z., Wang J., Hu X., Yang Y., et al. 2021: Moored observations of currents and water mass properties between Talaud and Halmahera Islands at the entrance of the Indonesian seas, J. Phys. Oceanogr., 51 (12) : 3557-3572. https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0048.1

2.       Yuan D.*, Li Xiang, et al., 2018: Observed Transport Variations in the Maluku Channel of the Indonesian Seas Associated with Western Boundary Current Changes, J. Phys. Oceanogr., 48(8), 1803-1813.

3.       Li, X., Yuan, D.*, Wang, Z., Li, Y. et al. 2020: Moored observations of transport and variability of Halmahera Sea currents. J. Phys. Oceanogr., 50(2), DOI: doi.org/10.1175/JPO-D-19-0109.1

4.       Yuan, D., Song, X., Yang, Y., & Dewar, W. K. (2019). Dynamics of mesoscale eddies interacting with a western boundary current flowing by a gap. J. Geophys. Res.:Oceans, 124, 4117–4132. https://doi.org/10.1029/2019JC014949.

5.       Wang, Z., D. Yuan*, 2014: Multiple equilibria and hysteresis of two unequal transport western boundary currents colliding at a gap. J. Phys. Oceanogr., 44, 1873-1885, doi: 10.1175/JPO-D-13-0234.1.

6.       Wang, Z., and D. Yuan*, 2012: Nonlinear Dynamics of Two Western Boundary Currents Colliding at a Gap. J. Phys. Oceanogr., 42(11), 2030-2040.

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