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中国科学院南海海洋研究所揭示南海上层与深层环流之间的中尺度动力联系

编译者:liguiju发布时间:2022-6-30点击量:18 来源栏目:科研动态

近期,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室舒业强研究员团队与中山大学王东晓教授、美国伍兹霍尔海洋研究所黄瑞新教授、厦门大学薛惠洁教授、中国科学院深海科学与工程研究所谢强教授等合作,在南海上层海洋中尺度扰动激发深海强动力过程及其动力机制研究方面取得系列研究进展,相关研究成果发表在《Journal of Physical Oceanography》、《Journal Geophysical Research: Oceans》、《Frontiers in Marine Science》期刊上。

在复杂地形区域深海环流具有强的季节内变率。通过分析西沙群岛附近多套潜标观测资料,研究发现深海地形罗斯贝波与深海涡旋主导了西沙海域深海环流变率(Shu et al., 2022)。 深海地形罗斯贝波具有显著的底层强化特征,而深海涡旋的强度在近底层表现为垂向衰减。这两种深海中尺度动力过程对西沙海域深层环流的解释方差达到60%。研究表明,底层强化的地形罗斯贝波与深海涡旋均为深层环流对上层中尺度扰动的动力响应。上层中尺度扰动在复杂地形区域引起了水柱跨越等深线的运动,水柱的压缩/拉升导致了水体位势涡度的变化,进而通过共振激发底层强化的地形罗斯贝波。而当一对冷、暖涡西移经过海山地形时:一方面,对于深层而言,在冷涡的东侧(即暖涡的西侧)水柱压缩,由于位涡守恒,深层出现负涡度而诱发深海涡旋;另一方面,冷、暖涡旋的交界面将形成一个强的锋面,出现强的北向流轴,北向流与海山地形相互作用,由于摩擦效应在海山西侧会形成负涡度,进一步加强了深海涡旋。深海涡旋与底层强化的地形罗斯贝波很可能由于其强的流速剪切,在突变地形区域激发了强的深层亚中尺度动力过程,导致了其能量正向串级,并贡献于局地强混合。

多年的潜标观测资料进一步表明南海北部深海地形罗斯贝波在频率和强度上呈现显著的空间分布,主要特征为,深海高频地形罗斯贝波能量自吕宋海峡往西沿陆坡区域减弱、低频地形罗斯贝波在东沙以西陆坡区域能量较强(Wang et al., 2021)。相对应地,南海北部上层环流季节内变化呈现高频与低频两个主要频段,高频的上层季节内变化从吕宋海峡沿陆坡向西迅速衰减,而低频的上层季节内变化在北部陆坡上存在两个高值中心(Xu et al., 2021)。这种上层环流不同频率季节内变化通过共振在陆坡区域激发深海地形罗斯贝波,进而影响深海环流季节内变率在频率与强度上的空间分布特征(Wang et al., 2021)。

上述研究成果是继舒业强团队2016年观测发现南海深海地形罗斯贝波后,在南海中尺度环流垂向动力耦合方面取得的系列进展,该成果建立了南海上层与深层中尺度环流之间联系的桥梁,丰富了对南海深海环流变率的认知。  

本研究获得了国家自然科学基金、广东省南方海洋科学与工程实验室(广州)团队项目和热带海洋环境国家重点实验室自主项目的资助。

相关文章信息:

1.Shu Y.*, Wang J., Xue H., Huang R.-X., Chen J., Wang D., Wang Q., Xie Q., Wang W. (2022) Deep-current intraseasonal variability interpreted as topographic Rossby waves in the Xisha Islands of the South China Sea. J. Phys. Oceanogr., 52 (7): 1415-1430. https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0147.1

2.Wang, J., Shu, Y.*, Wang, D., Xie, Q., Wang, Q., Chen, J., Zu T., Liu D., He Y. (2021). Observed variability of bottom-trapped topographic Rossby Waves along the slope of the northern South China Sea. J. Geophys. Res.: Oceans, 126, e2021JC017746. https://doi.org/10.1029/2021JC017746

3.Xu W., Shu Y.*, Wang D., Chen J., Wang J., Xie Q., Wang Q., Liu D., Zu T., He Y. (2021) Features of intraseasonal variability observed in the upper-layer current in the Northern South China Sea. Front. Mar. Sci., 8: 777262. https://doi.org/10.3389/fmars.2021.777262

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