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1 中国科学院南海海洋研究所揭示南海夏季风爆发后涡动能增长停滞现象 2024-06-16

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)杜岩研究员团队揭示了南海涡动能在夏季风爆发后增长停滞现象的形成机制,相关成果以博士研究生林俊澍为第一作者,杜岩研究员和王闵杨助理研究员为共同通讯作者发表在国际期刊Journal of Geophysical Research:Oceans上。 季风系统是南海冬夏季上层环流的主要驱动力,南海环流在冬季表现为大的气旋式环流,在夏季表现为北部气旋式而南部反气旋的偶极子环流特征。南海夏季风爆发向海洋输入能量,对夏季环流结构的建立至关重要,然而季风爆发过程中海洋能量转化与耗散情况仍不清楚。 本研究团队发现南海夏季风爆发后,西南风迅速增强,季风向海洋输入的能量显著增加,但越南以东海域的涡动能在季风爆发20天后才显著增长(图1)。针对此现象,本研究使用卫星观测数据和再分析资料并结合能量收支诊断研究了涡动能增长停滞的形成机制。结果表明,由于风和表层流场反向,导致了耗散的显著增加,季风输入的95%能量被高风速引起的混合层内的强耗散过程消耗(图2)。海洋内部的能量传递也存在着调整,通过正压不稳定过程,涡动能不断向大尺度环流输送能量,建立夏季环流结构。在近岸区域,夏季风驱动形成的上升流在夏季风爆发后迅速建立,上升流带来的有效位能通过浮力做功即斜压不稳定过程增强涡动能,随着这一部分水体被输运到离岸区域,有效位能又被迅速释放,涡动能在离岸区域减弱。 本研究分析了南海夏季风爆发后涡动能增长停滞的形成机制,并揭示了季风爆发后海洋能量的传递过程,有助于增强对南海环流涡旋场和季风过程在多时空尺度上的变化和相互作用的理解,进一步提升对季风调制的多尺度海洋能量传递过程的认识。 该研究由国家自然科学基金、中国科学院项目和南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)等共同资助完成。 相关论文信息:Lin,Junshu,Wang,M.,Wu W.,Wang X.,Du Y.(2024).Stagnation of Eddy Kinetic Energy After Summer Monsoon Onset in the South China Sea.Journal of Geophysical Research:Oceans,129,e2023JC020836. 文章链接:https://doi.org/10.1029/2023JC020836 查看详细>>

来源:中科院南海海洋研究所 点击量:3

2 自然资源部第一海洋研究所在棉兰老流年际变异研究方面取得重要突破 2024-06-16

近日,自然资源部第一海洋研究所物理海洋室海洋与气候动力学(筹)团队在棉兰老流年际变异研究方面取得重要突破。该团队使用船载水文观测资料和锚定潜标数据,结合卫星高度计数据,揭示了棉兰老流流量的年际变化和动力机制。 棉兰老流是沿菲律宾棉兰老岛东岸向赤道流动的一支强流,对西太平洋暖池和热带气候系统特别是厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)现象有着重要影响。历史上,由于缺乏观测,对这只强流的研究较少。已有研究主要基于数值模式,结论与零星的实测结果不符。这一认识不足,制约着热带海洋环流和气候动力学研究的发展。 国际CLIIVAR计划专门设立西北太平洋海洋环流与气候实验(NPOCE)的研究计划,全力攻克太平洋低纬度西边界流的动力学问题。“十一五”以来,我国持续开展西太环流的调查研究。依据这些资料,对菲律宾以东的海流结构和变异取得了长足的认识,但对于西边界流流量的变化及其动力机制仍缺乏基本认识。 研究发现,2010-2011年拉尼娜冬季,棉兰老流的流量增加了约5-10Sv。卫星数据和模式实验结果表明,这种年际变化受环绕菲律宾的开尔文波的传播控制。拉尼娜期间,下降的赤道罗斯贝波在棉兰老岛以南海域激发沿岸开尔文波,从苏拉威西-苏禄海进入南海,并沿菲律宾群岛顺时针传播回到西太平洋,引起菲律宾东岸的海平面上升,海平面向东倾斜增加,地转效应导致西边界流出现南向流量异常。厄尔尼诺年的情况则与之相反。以上结论,与过去的模式结果相反,颠覆了传统的认识。 分析表明,2010/2011年拉尼娜期间,棉兰老流的年际输运异常与整个太平洋内区经向输运的积分相当且同号,说明西边界流年际变异在ENSO期间西太暖池的充放电过程中发挥重要作用。 棉兰老流离开菲律宾海岸以后,在西边界缺口海域回转向东进入北赤道逆流(NECC),过去关于棉兰老流在缺口海域的路径研究是空白。 团队分析1993年至2019年的卫星高度计海表地转流,结合潜标观测和卫星水色数据印证,发现棉兰老流在菲律宾以南海域有强烈的季节和年际摆动(Wang et al.,2024):棉兰老流主轴在拉尼娜年倾向于塔劳群岛北部向东回转进入NECC北部,在厄尔尼诺年则异常大弯曲入侵北马鲁古海,再回转与南赤道流交汇并进入NECC南部。棉兰老流路径的年际移动受罗斯贝波的西向传播影响,比尼诺3.4指数超前约2-3个月,可能对ENSO事件的发展有重要影响。 该系列研究成果,系统揭示了棉兰老流流量的年际变异及其动力机制,强调了其在西太暖池和ENSO变异中的重要作用,较完整地揭示了罗斯贝波的非线性西边界反射,及其控制西太与边缘海交换和西边界流变异的动力学过程,丰富了对海洋环流动力过程的认识,为预测未来ENSO事件和应对气候变化提供了依据。 该系列工作由自然资源部第一海洋研究所袁东亮团队联合中国科学院南海海洋研究所李博博士共同完成,研究成员还包括中国科学院海洋研究所王坤祥博士生等。论文发表在美国气象学会《物理海洋学报》(Journal of Physical Oceanography)杂志上,袁东亮是论文通讯作者。研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等项目联合资助。 论文链接: https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0124.1 https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0125.1 查看详细>>

来源:国家海洋局第一海洋所 点击量:6

3 中国科学院海洋研究所研究揭示引发2021-2022年山东荣成海带大规模死亡灾害的环境驱动机制 2024-06-16

海带是我国最重要的经济海藻之一,山东荣成是我国重要的海带产区,年均产量占全省总产量的八成、全国的四成以上。2021年秋季至2022年春季,荣成沿海养殖区遭受了有史以来最严重的海带溃烂死亡灾害,造成直接经济损失近20亿元,使当地海带养殖业遭受毁灭性打击。灾后调查发现,受灾期间当地海域的水体透明度和营养盐状况出现异常是导致海带死亡的直接环境因素,但导致这些环境因素发生突变的原因是什么?未来是否还会发生类似灾害事件?能否提前预警和有效应对?这些疑问成为广大养殖户和政府管理部门迫切希望给予解答的重要科学问题。 近日,Nature旗下top期刊Communications Earth&Environment在线刊发了中国科学院海洋地质与环境重点实验室王珍岩团队对引发2021-2022年山东荣成海带大规模死亡灾害的环境驱动机制的研究结果。 团队利用多学科遥感和现场观测数据,追溯了诱发此次海带大规模死亡灾害的多种致灾环境因素的形成过程。基于现场水体调查数据,发现2021年秋季在华北地区发生的极端降雨事件引发黄河流域产生罕见的秋季大洪水,导致河流中高氮磷比的营养盐通量大幅增加,造成在渤海南部海域出现大范围的赤潮过程和严重的磷限制营养盐条件。遥感反演和水文环境观测结果显示,此次黄河秋季洪水导致在渤海南部海域形成了低盐且呈现异常低浊度的山东半岛沿岸流入侵过程,沿岸的浮标观测记录也显示出在2021年秋季发生了异于常年的低盐水入侵。当处于磷限制状态的山东半岛沿岸流向东沿岸迁移时,会不断与富含磷营养盐的近岸海水接触,在锋面区形成最优的营养盐条件,进而发生赤潮。发生赤潮的锋面水体随沿岸流向东扩展而呈现出随“锋”迁移特征,不断消耗沿途沿岸海水中的营养盐。上述复合过程导致2021年秋季在山东半岛沿岸海域产生显著的悬浮体浓度(浊度)负异常和叶绿素a浓度正异常现象,即在沿岸流途经海域出现异常的高海水透明度和赤潮高发海况。研究人员进一步对可能影响海带生长的环境因子与海带产量进行了延迟相关性分析,得出荣成海域悬浮体浓度(浊度)和叶绿素a浓度两种环境因子在年际尺度上对当地海带产量有显著影响。 上述过程揭示了因2021年秋季在华北地区发生的极端降雨事件引发在上千公里外的山东荣成沿海养殖区发生海带大规模死亡灾害的连锁环境过程及其驱动机制。该过程产生异常的低盐度、强光照以及因赤潮引起的营养盐缺乏等环境条件是导致2021-2022年山东荣成海带大规模死亡灾害的直接原因。 已有研究表明,2021年秋季发生于华北内陆的极端降雨事件归因于热带印度洋-太平洋-大西洋海表面温度异常产生的综合影响。本文研究显示,不仅低纬度热带海区的气候异常可以通过遥相关作用引起数千公里外的中纬度内陆地区发生极端降雨事件,内陆发生的极端降雨事件也可能通过河流径流及其引发的连锁环境过程对上千公里外的沿海生态系统产生巨大的灾害性影响。在全球变暖背景下,未来极端天气事件发生的频率和强度将不断增加,类似的突发灾害事件也会越来越多。本文的研究结果将为山东半岛沿岸海域海带养殖业未来预警和类似灾害应对提供科学依据,也为探究因气候变化引发的灾害事件的成因机制提供了科学启发和参考。研究也表明,加强多学科、多手段综合观测和分析研究能力对于解析突发性极端天气事件引发的海洋环境灾害的形成机制具有不可或缺的重要价值,相关基础设施建设和研究工作对于提高极端天气事件的风险管理和防灾能力等具有重要意义。 论文第一作者为中国科学院海洋地质与环境重点实验室特别研究助理(博士后)李文建,通讯作者为王珍岩研究员,黄海军研究员和中国科学院海洋研究所深海研究中心孙晓乐研究员、崔全超博士研究生为共同作者。研究得到了中国科学院战略性先导专项、国家自然科学基金、中国博士后基金、中国科学院海洋地质与环境重点实验室开放基金等项目联合资助。 论文连接:https://www.nature.com/articles/s43247-024-01418-3 论文信息:Li,W.,Wang,Z.*,Cui,Q.,Sun,X.,&Huang,H.(2024).Coastal ecological disasters triggered by an extreme rainfall event thousands of kilometers inland.Communications Earth&Environment 5,238(2024).https://doi.org/10.1038/s43247-024-01418-3.  查看详细>>

来源:中科院海洋研究所 点击量:5

4 中国科学院海洋研究所阐明菲律宾海深层流季节内变化新机制 2024-06-16

近日,中国科学院海洋研究所胡敦欣院士团队基于长期连续的潜标观测,阐明了菲律宾海深层流季节内变化的新机制,研究成果发表于国际学术期刊Journal of Geophysical Research:Oceans。 目前关于西太平洋(菲律宾海)上1000米层海流的季节内变化特征及其机制已取得一些认知,但菲律宾海盆内深层环流的变化及其与上层海洋联系的认识仍不清楚。胡敦欣院士团队基于长时间连续的全水深现场潜标观测资料,揭示了菲律宾海全水深海流的季节内变化,特别是深层流变化机制以及极端事件(两次厄尔尼诺)对海流季节内变化的影响。 研究结果表明,菲律宾海经向流速存在两个主要的季节内变化周期分别是45天和62天,具体表现为:250–5000米的整层海流都具有显著的45天的变化,在1500米以上和2500米以下海流中可见62天的变化信号。进一步研究发现,近乎于全水深存在的45天变化和深层海洋的62天变化主要是由海盆正压罗斯贝波本征模调制,其能量来源于局地共振风场,1500米以上的62天的季节内变化受大洋第一斜压Rossby波的控制。 此外,研究发现ENSO事件对西太平洋上层海洋季节内波动有显著调节作用,体现在2015/2016年和2018/2019年厄尔尼诺事件半年之后,在西太平洋的上层海洋分别出现了两次超强的季节内波动。 论文第一作者为原中国科学院海洋研究所博士研究生袁欣,通讯作者为中国科学院海洋研究所王庆业研究员,合作者包括胡敦欣院士、冯俊乔副研究员、王富军副研究员和原硕士研究生田志兆。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项联合资助。 文章信息:Yuan,X.,Wang,Q.*,Hu,D.,Feng,J.,Wang,F.,&Tian,Z.(2024).Intraseasonal variability of full-depth currents in the Philippine Sea.Journal of Geophysical Research:Oceans,129,e2023JC019827.https://doi.org/10.1029/2023JC019827 查看详细>>

来源:中科院海洋研究所 点击量:5

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