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太平洋热带不稳定波(TIWs)的历史长期变化趋势获揭示

编译者:liguiju发布时间:Feb 21, 2024点击量:17 来源栏目:科研动态

近日,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(LTO)海洋动力热力过程课题组杜岩团队,在赤道太平洋海洋动力长期变化研究方面取得新进展,相关成果以“Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades”为题,发表在Nature Climate Change。LTO助理研究员王闵杨为第一作者,LTO研究员杜岩和美国斯克里普斯海洋研究所教授Shang-Ping Xie同为通讯作者,日本海洋地球科学技术机构(JAMSTEC)教授Hideharu Sasaki和教授Masami Nonaka为共同作者。

热带不稳定波(Tropical Instability Waves, TIWs)是热带太平洋最显著的中尺度动力过程之一,由赤道流系的剪切不稳定产生,表现为赤道东太平洋海表流场和海表温度的月周期、1000km级扰动。TIWs海流扰动将赤道区域上涌的冷海水与赤道外暖海水经向搅拌混合,影响赤道区域营养盐分布和热量收支平衡,进而影响海洋生态环境和气候长期变化。自20世纪90年代以来,热带太平洋经历了类似拉尼娜现象的平均状态变化,影响太平洋沿岸乃至全球的气候和天气变化(如台风和ENSO等)。然而,由于赤道海流缺乏观测,以及卫星高度计数据难以计算赤道海流,TIWs等赤道动力过程的长期演变规律仍不清楚,这限制了我们对热带太平洋气候长期变化的理解与预估。

为解决卫星高度计诊断赤道海表流场的难题,研究团队自主提出了卫星高度计诊断非平衡态海表流场的动力方程,考虑了加速度项与压强梯度力平衡,而不是传统的地转平衡。利用该方程,我们首次诊断出TIWs近30年的海表流场数据,结果与锚定浮标观测十分接近。基于该数据,我们发现TIWs在此期间持续增强,其海流涡动能(eddy kinetic energy, EKE)每十年增长12%。同时利用其他3套独立数据进行了对比验证:卫星观测海表温度(1982-2021)、热带海洋锚定浮标观测的海流数据(1980s-2020)以及1/10°涡分辨率全球大洋环流模式数据(OFES2,1958-2021),结论与卫星高度计诊断结果一致。

大尺度海洋环流和海温风场的趋势分析表明,TIWs增强的动力机制是源于热带东太平洋气候近30年赤道南北不对称变化。赤道以北增暖更快,伴随跨赤道南风增强、赤道海流加速,使海流剪切加强、TIWs增强。伴随TIWs增强,我们发现TIWs的经向搅拌效应加强,使冷舌区的非线性加热效应每十年增加23%,在海洋长期热收支平衡中不可忽视,是近期热带东太平洋气候态变冷的负反馈项。说明TIWs在响应气候变化的同时,反馈影响着热带太平洋的海温变化。目前大部分气候模式由于分辨率较粗(1°×1°)无法分辨TIWs过程,因此无法反映TIWs对冷舌的非线性加热效应,可能造成一定的模拟偏差(比如赤道冷舌区的冷偏差),未来气候模拟和预估需要考虑TIWs这一反馈作用(比如通过参数化或者提高模式分辨率)。

该研究揭示了太平洋TIWs对历史气候变化的显著响应,表明TIWs深度参与并反馈影响气候变化,这一结果为研究海洋多尺度动力过程响应和影响气候变化提供参考。

该研究获得国家自然科学基金(42090042,42106024)、中科院国际合作项目(133244KYSB20190031,183311KYSB20200015)、LTO自主研究项目(LTOZZ2203)及南海所自主部署项目(SCSIO202201)等项目的联合资助。

相关论文信息:Wang, M., Xie, SP., Sasaki, H. et al. Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades. Nat. Clim. Chang. (2024).

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41558-023-01915-x

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