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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

4 口孵鱼类亲代抚育行为的遗传调控机制取得新进展 2024-06-16

近日,由中国科学院南海海洋研究所林强研究员团队和浙江海洋大学高天翔教授团队等合作完成的口孵鱼类亲代抚育行为遗传调控机制的最新结果以Article形式在线发表在The Innovation Life(《创新生命》)上。中国科学院南海海洋所研究员张艳红、副研究员王信为本文共同第一作者,研究员林强和教授高天翔为共同通讯作者。 亲代抚育行为的演化代表了生物个体在适应环境方面的重大突破,其形成机制一直是行为学、进化生态学等领域关注的热点问题。口孵是硬骨鱼类亲代抚育的一种特殊形式,然而目前关于口孵鱼类亲代抚育行为的遗传调控机制研究甚少。 本研究以典型口孵鱼类细条银口天竺鲷(Jaydia lineata)为研究对象,对其育儿行为的遗传基础进行了探究。首先组装了该物种染色体水平基因组,通过多物种的分子系统学研究,发现鱼类口孵行为最早可追溯到约2.5亿年前,而口孵的天竺鲷科鱼类的进化分歧时间约为9700万年前。同时发现鱼类繁殖模式多样化(雌性卵胎生、雄性育儿、卵生)主要集中于鱼类物种多样性爆发的白垩纪,揭示了鱼类繁殖性状与物种多样性的共同演化,以及口孵行为的多次独立进化。 大约四分之一的鱼类存在亲代抚育行为,口孵又是硬骨鱼亲代抚育的一种特殊形式,至少9科鱼类中存在口孵行为。本研究首先选择具有亲代抚育行为(雌性卵胎生、雄性卵胎生、雌性口孵和雄性口孵)的代表性硬骨鱼类,通过全基因组水平的趋同进化分析,发现多个基因如rab34,grm2等在亲代抚育物种谱系中具有显著的遗传趋同信号,这些基因在胚胎发育过程中发挥着重要作用。进一步聚焦于口孵鱼类,发现相对于普通卵生鱼类而言,口孵鱼类的编码基因普遍表现出较快的进化速率。神经递质催产素(Oxytocin,鱼类中直系同源基因命名为isotocin)被称为“爱的荷尔蒙”。全基因组趋同分析显示口孵鱼类催产素通路具有明显的适应性遗传突变,催产素信号通路相关基因在介导亲代抚育行为中发挥至关重要的作用,如CD38、IP3R等不仅存在氨基酸位点趋同变异,同时均受到显著正选择。神经肽类物质在调控动物社会行为,如亲母行为、亲代抚育行为中发挥重要作用。比较转录组分析显示,神经肽及其受体信号通路在天竺鲷雌雄个体间存在显著差异;与不具备口孵行为的弹涂鱼相比,雄性之间也存在明显差异。 口孵育儿行为虽增加了后代的存活率,但代价却是将亲本置于饥饿、免疫功能改变的特殊生理状态。本研究通过比较基因组和转录组分析共同揭示了天竺鲷在投资后代和维持自身健康之间的微妙平衡,并且发现了天竺鲷的免疫性别二态性,强调了雄性亲本口孵行为对免疫相关基因表达的影响。此外,本研究还发现口腔黏膜不仅特异性表达一些免疫相关基因(如IL-17a,S100A9,chemokine28),且首次证实口腔黏膜有孵化酶基因(hce,hce1-like,hce2-like)表达,揭示了口腔黏膜在保障口腔中胚胎正常发育和免疫防护等方面的独特生物学功能。 本研究通过揭示鱼类育儿行为的遗传基础,为我们深入了解鱼类进化过程和复杂行为驱动机制提供了宝贵的见解。理解基因变异如何影响行为演化不仅有助于加强了我们对自然界的认识,还对保护生物学等领域具有重要意义。 该研究工作得到了国家自然科学基金杰青项目(延续)、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发项目等联合资助。 相关论文信息:Mouthbrooding behavior and sexual immune dimorphism in Indian perch Jaydia lineata.https://doi.org/10.59717/j.xinn-life.2024.100066 查看详细>>

来源:中科院南海海洋研究所 点击量:3

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