日前，自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室在海表温度空间异质性调制台风发展过程和机制研究上取得新进展。研究结果发表在国际权威期刊《地球物理研究杂志·大气》。 我国是世界上深受台风影响的国家之一。海洋对台风的响应和调制机制是当前海洋与大气科学研究的前沿问题，由于受太阳辐射和中尺度过程等因素影响，海表温度(SST)的空间异质性特征显著，并通过局地海气相互作用，对台风的强度产生影响。 该研究基于观测数据确定了2种台风下垫面SST的空间异质性模态及其对台风发展的影响:建立了促进台风发展的暖核模态和抑制台风发展的极向冷却模态。 该研究揭示了SST空间异质性在调制台风强度变化过程中的重要作用，在上层海洋热结构空间异质性与台风相互作用方面取得了新进展。研究结果对于完善上层海洋调制台风强度变化的科学认知具有重要意义，为进一步改进台风强度预报统计动力模型、突破台风强度预报瓶颈提供了全新视角。 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所李晓峰研究团队基于多源遥感和实测数据，系统揭示了全球海洋中尺度涡在运动过程中的海表热力信号变化特征，并阐明其产生机理。成果以封面文章形式发表于国际学术期刊《深海研究I》（Deep Sea Research Part I）。 中尺度涡广泛分布于全球海洋，是能量级串中连接大尺度和小尺度的重要中介，同时也是海洋物质能量输送和混合的关键纽带。传统观念中，反气旋涡被认为是暖涡（SWAEs），而气旋涡被认为是冷涡（SCCEs）。然而，随着海洋遥感观测技术的发展，表面冷的反气旋涡（SCAEs）和暖的气旋涡（SWCEs）在多个海域被发现。已有研究主要关注特定海域“异常”涡旋的欧拉特征，但尚未有研究从全球尺度揭示“异常”涡旋（即SCAEs和SWCEs）与“正常”涡旋（即SWAEs和SCCEs）之间的转换规律和生成机制。 李晓峰研究团队基于多源遥感数据，利用深度学习算法提取全球海洋中的“异常”中尺度涡，并结合Argo实测数据，研究全球海洋长寿涡（>1年）在运动过程中“正常”涡和“异常”涡的转变规律和机制。结果显示，SCAEs约占长寿反气旋涡生命周期的37.8%，主要集中在南大西洋；而SWCEs则占长寿气旋涡生命周期的46.4%，主要分布在南印度洋的澳大利亚东部和南部海岸。此外，在南大西洋，长寿反气旋涡演变过程中有20%的SCAEs持续时间超过3个月，而在南印度洋，约36%的SWCEs持续时间也超过3个月，且最长可达1年。然而，在其他海域，约90%的“异常”涡在转变为“正常”涡旋状态之前的持续时间不足3个月。 “异常”涡不仅在不同海域的持续时间不同，其垂直温度结构也存在显著差异。研究表明，短寿命（<3个月）的SCAEs（SWCEs）受到风-涡相互作用的影响，其冷（暖）异常主要体现在上混合层，且在夏季比冬季更活跃。相反，长寿命（>3个月）的“异常”涡旋，如南大西洋的SCAEs和南印度洋的SWCEs，在200米和300米以浅显示出冷和暖异常，且季节变化较弱，这分别受潜沉过程和澳大利亚西海岸的Leeuwin Current System（LCS）特定的三维结构的影响。潜沉能够将上混合层的低位涡水带入到季节性混合层下方的温跃层，导致表面强化的AEs向次表面强化结构转变，从而在海表表现为冷AEs。而LCS由上层（浅于300米）的暖东向流和下层（深于300米）的冷西向流所主导，影响该海域的CEs的垂直温度结构，使其在300米以浅观测到暖异常。总之，该研究从全球尺度揭示了中尺度涡旋运动过程中表面和次表面热力学特性的变化，并讨论了它们的潜在机制。这为进一步加深对海洋中尺度涡的科学认知、优化海洋模式的精度提供了技术支持和理论依据。 论文第一作者是中国科学院海洋研究所助理研究员刘颖洁，通讯作者为李晓峰研究员，其他合作者包括中国科学院海洋研究所刘传玉研究员和刘倩博士。研究得到了国家自然科学基金山东省联合基金、国家自然科学青年基金以及国家实验室“十四五”重大项目资助。 相关论文信息： [1]Liu,Y.,Zheng,Q.,&Li,X.(2021).Characteristics of global ocean abnormal mesoscale eddies derived from the fusion of sea surface height and temperature data by deep learning.Geophysical Research Letters,48(17),e2021GL094772,https://doi.org/10.1029/2021GL094772 [2]Liu,Y.,Li,X.,Liu,C.,&Liu,Q.(2024).Transitions in surface thermal signatures during the evolution of long-lived eddies in the global ocean.Deep Sea Research Part I:Oceanographic Research Papers,104279,https://doi.org/10.1016/j.dsr.2024.104279.  （全文链接https://authors.elsevier.com/a/1ilmt3RueHleJp） 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所徐永生研究团队与航天科工集团23所合作，在国际上首次利用机载干涉成像高度计观测获得了覆盖海洋亚中尺度范围的海面高度异常(SSHA)波数谱，展示了机载干涉成像高度计对海洋亚中尺度SSHA探测的潜力，成果在遥感学期刊Remote Sensing发表。 人类至今仍然没有在空间域上实现对亚中尺度海洋过程（0.1-10公里）的遥感观测。该尺度范围的海面高度异常（SSHA）信号较小，超出了目前星载海洋遥感的分辨极限。然而，亚中尺度海洋过程在海洋能量传递、串级与耗散的研究中发挥关键作用，对研究海洋能量平衡、营养盐输运和全球气候变化研究至关重要。由于空间域亚中尺度SSHA观测能力的限制，人们对亚中尺度海洋过程的认识主要依靠理论分析和模拟，导致亚中尺度海洋过程理论研究与相关应用发展缓慢，成为制约海洋科学发展的瓶颈之一。美国新一代干涉高度计卫星SWOT经过20年持续努力和12亿美元投资，成功将SSHA的分辨率从传统雷达高度计的100公里提高到了10公里的量级，但仍难以满足典型亚中尺度SSHA的高分辨率观测需求。机载干涉成像高度计具备距离海面近、信噪比高的优势，有望在空间域实现对亚中尺度SSHA观测的突破。但是，干涉测高相位的高敏感性也使其极易受到误差的干扰，从而影响了仪器的观测性能。 徐永生提出了一种方法，即利用误差和海洋动力信号在时空特性上的差异来将它们有效分离，从而提升观测性能。徐永生团队将这一想法应用到了机载干涉成像高度计在南海近100公里沿轨SSHA试验观测数据上，并成功获得了国际上首个机载干涉成像高度计宽带SSHA波数谱。波数谱是评估仪器观测性能的重要依据。这项研究深入分析了机载干涉成像高度计所得的SSHA波数谱的合理性，证明了其在观测海洋亚中尺度SSHA方面的潜力，凸显了科学团队与工程团队协作的优势。文章第一作者是徐永生指导的学生何晋超，徐永生研究员为通讯作者兼共同第一作者。 海洋干涉遥感技术处于世界科技前沿。SWOT卫星的成功标志着人类海洋遥感技术发展史上的一个里程碑。《自然》和《科学》两大期刊都对此进行了专题报道。我国早在2016年就发射了以实验为目的星载干涉高度计——天宫二号三维成像微波高度计，取得了大量海洋观测数据和宝贵经验。但与美国在SWOT卫星上的巨额投入相比，我国在该领域的后续研发投入仍严重不足，至今仍未有相应的在轨卫星问世。尽管本次研究验证了机载干涉高度计在探测海洋亚中尺度SSHA的潜力，但未来仍有很大的改进空间。这包括对硬件系统进行革新设计，以提升性能和稳定性，以及正确设计海上SSHA分辨率观测性能的检验方案，以确保对亚中尺度SSHA观测的准确性和可靠性。此外，信号的分离是基于对误差成分、海洋成分的时空特性以及统计学方法的深入理解，而这方面的发展还处于起步阶段。机载干涉高度计的最终成功不仅本身具有重大的科学和应用价值，还能为我国星载干涉高度计的发展提供重要的借鉴和验证方法。 文章信息： He J,Xu Y,Sun H,Jiang Q,Yang L,Kong W,Liu Y.Sea Surface Height Wavenumber Spectrum from Airborne Interferometric Radar Altimeter.Remote Sensing.2024;16(8):1359.https://doi.org/10.3390/rs16081359 查看详细>>

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）/全球海洋和气候研究中心（GOCRC）王春在研究员团队揭示了印度夏季风降水引发2022年7月西北太平洋极端海洋热浪的物理机制，相关成果发表在Nature子刊npj Climate and Atmospheric Science。LTO博士研究生宋强华为论文第一作者，研究员王春在和副研究员姚玉龙为共同通讯作者，合作者包括中山大学副教授范汉杰。 2022年7月，西北太平洋高纬度海域发生了极端的海洋热浪事件，区域平均海表温度异常最高可达5℃，部分区域甚至超过8℃，成为有史以来发生在该海域最强的海洋热浪事件。鉴于此，本研究使用卫星观测数据、再分析资料以及气候数值模式研究了此次极端海洋热浪的发生发展机制。 研究发现，此次极端海洋热浪的主要成因来自于大气强迫，即在发生海洋热浪海域的上空，形成了一个强大的大气阻塞高压系统。在高压系统影响下，大气对流减弱、云量减少，从而导致来自太阳的短波辐射增多。这一过程使得海表温度迅速升高，从而引发了该海域史无前例的海洋热浪事件。而研究通过气候诊断方法和数值模式表明印度夏季风极端降水释放的巨大潜热产生了大气扰动，通过准定常罗斯贝波的传播，产生并增强了这个强大的阻塞高压。同时，本研究还发现印度夏季风降水量与西北太平洋海温的相关性在2011年之后显著增强（R= 0.97,p < 0.01），这进一步证明了印度夏季风降雨增强是触发2022年7月西北太平洋极端海洋热浪的主要原因。 综上所述，本研究揭示了印度夏季风降水与西北太平洋海洋热浪之间的物理联系，凸显了洋际相互作用对西北太平洋高纬度海域海洋热浪的影响，研究结果为后续西北太平洋海洋热浪的预测提供了理论依据。 该研究由国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金青年项目等共同资助。 相关论文信息：Song,Q.,Wang,C.,Yao,Y.,&Fan,H.(2024).Unraveling the Indian monsoon’s role in fueling the unprecedented 2022 marine heatwave in the Western North Pacific.npj Climate and Atmospheric Science,7(1),90. 论文链接：https://doi.org/10.1038/s41612-024-00645-x 查看详细>>