近日，自然资源部第二海洋研究所朱小华/张传正研究团队在物理海洋学国际权威期刊《Journal of Physical Oceanography》连发三篇论文，阐述了吕宋海峡西侧内潮时空变化和台风引起的近惯性振荡的最新研究成果。三篇论文作者分别为我所与上海交大联培的博士生汪敏以及我所海星博士后郑华，通讯作者均为自然资源部第二海洋研究所朱小华研究员，论文合作者还包括中科院海洋所于非研究员团队、清华大学深圳研究生院李强副研究员和韩国仁荷大学Jae-Hun Park教授等。 依托国家全球变化与海气相互作用专项，自然资源部第二海洋研究所和中国科学院海洋研究所共同在吕宋海峡及台湾以东海域组织开展了我国规模最大的CPIES（Current-Pressure equipped Inverted Echo Sounder）阵列观测，其中在吕宋海峡西侧布放了28台CPIES和两套锚系潜标。基于上述观测资料，实验室朱小华研究团队已累计发表JPO期刊论文6篇。继在黑潮与南海的水交换、南海深层环流的时空特征、南海深层季节内振荡的动力机制等方面获得阶段性成果后，团队聚焦吕宋海峡西侧的内潮与近惯性振荡等动力过程，取得了系列新进展。 成果一：南海东北部全日内潮时空特征 西太平洋的正压潮从宽阔的大洋进入较窄的吕宋海峡时能量汇聚，并与陡峭的海脊相互作用，产生强大的内潮。这部分内潮西传进入南海，对南海孤立内波的演变、混合的空间分布以及环流结构都有着重要影响。因此，吕宋海峡西侧内潮是当前南海海洋科学研究的热点之一。 研究基于大面积、长时间的CPIES同步观测资料，刻画了吕宋海峡西侧全日内潮的空间结构和季节变化特征，并揭示了层化与背景流对内潮季节变化的影响机制。CPIES观测结果表明，全日内潮的主要传播路径位于吕宋海峡西侧的中南部。本论文计算了K1、O1和P1内潮在主要传播路径内的振幅、相速度和传播方向。结果表明K1内潮最强，O1内潮的相速度最大且传播方向更偏南。基于主要全日分潮的振幅，本研究还计算了观测海域的内潮垂向积分的能通量，并由此得到K1、O1和P1输入南海的能量分别是2.67、1.54和0.22 GW。此外，当密度跃层加深以及西向背景流增强时，主要传播路径内的内潮振幅减弱。本研究精细刻画了吕宋海峡西侧全日内潮的时空变化特征，阐明了层化和背景流对全日内潮季节变化的影响机制，对进一步认识南海东北部复杂的海洋动力过程具有重要的科学意义。 成果二：南海东北部半日内潮驻波现象 基于CPIES和卫星高度计的观测资料，研究发现了吕宋海峡西侧半日内潮的驻波现象，刻画了驻波的空间特征，并揭示了反气旋涡对驻波的影响机制。CPIES观测结果表明，吕宋海峡西侧M2内潮振幅的空间分布符合驻波的特征。该驻波由起源于吕宋海峡的西北向分量和起源于台湾海峡南部陆坡的东南向分量叠加而成。C13–C14和C21–C22站位位于驻波的波腹，而C15、C20以及C23站位位于驻波的波节，因此导致CPIES观测的振幅存在明显差异。另外，驻波波节出现的海域相位发生突变，而驻波波腹出现的海域相位变化缓慢。本研究还发现，驻波的季节内变化与反气旋涡有关。当反气旋涡覆盖驻波海域时，C13、C20以及C21站位M2内潮的振幅发生了较大变化。这是因为受涡致背景流的影响，相向传播的内潮进入反气旋涡后发生顺时针偏转，由此引起驻波的波节和波腹位置发生偏转，进而导致在反气旋涡期间观测到的驻波振幅产生了上述变化。本研究呈现了迄今为止海洋中最为清晰的驻波现象，并提出了中尺度涡通过改变驻波波节和波腹的位置从而影响内潮振幅的新见解。 成果三：台风山竹激发的近惯性振荡 基于上述史无前例的大范围同步观测资料，研究刻画了台风山竹激发的近惯性振荡，并揭示了其在上层海洋和深层海洋以及在台风路径左侧和右侧的模态结构和传播特征。观测结果表明，台风山竹在南海上层激发强烈的近惯性振荡并传播至深层进而影响南海深层流场。台风山竹过境后，南海上层的近惯性水平流速超过55 cm/s，其能量在水平方向上的传播距离达数百公里。近惯性振荡在上层和深层海洋均由第二和第三模态主导，其相速度均向南。台风山竹路径北侧，近惯性振荡的第二（第三）模态的相速度为约3.9 m/s（2.1 m/s），其波长超400 km（约230 km）；台风山竹路径南侧，近惯性振荡的第二（第三）模态的相速度为约2.5 m/s（1.7 m/s），波长为约310 km（约205 km）。本研究还指出，近惯性振荡被台湾岛西南海域的反气旋涡捕获，并随涡旋西传近两百公里。近惯性振荡是上层海洋向深层海洋传播能量的重要纽带，本研究对进一步认识深海近惯性振荡时空分布以及深海动力过程对台风事件的响应过程具有重要意义。 查看详细>>

近期，自然资源部第二海洋研究所周锋研究员团队在国际海洋学TOP期刊Progress in Oceanography上发表了题为“Observed oceanic response to Tropical Cyclone Amphan(2020)from asubsurface mooring in the Bay of Bengal”的研究成果，为“孟加拉湾和赤道东印度洋联合海洋与生态研究计划”（Joint Advanced Marine and Ecological Studies，简称JAMES）再立新功。第一作者为自然资源部第二海洋研究所与上海交通大学联合培养的博士研究生彭映瑜，通讯作者为田娣副研究员和周锋研究员，合作者为张翰副研究员，马晓助理研究员、曾定勇工程师、孟启承副研究员、周蓓峰高级工程师、叶瑞杰助理研究员、陈叶青工程师、蔺飞龙助理研究员、胡振涛科研助理，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）朱学明副研究员。 热带气旋是全球最具破坏性的天气事件和自然灾害，生成于海水温度较高的热带或副热带海域。孟加拉湾是位于北印度洋东部的边缘海，是热带气旋的活跃形成区，每年平均有三到四场风暴。由于其特殊的地理位置和复杂的地形特征，孟加拉湾蕴含着丰富而活跃的多尺度海洋动力过程，包括内潮、中尺度或亚中尺度涡旋和大尺度环流等。孟加拉湾的大多数内潮活动仅限于半日潮频率，安达曼-尼科巴山脊是该地区半日潮（D2）的主要来源。过去，由于缺乏孟加拉湾中北部连续观测的水体剖面资料，孟加拉湾上层海洋对热带气旋的响应研究一直受到限制。自然资源部全球变化与海气相互作用二期专项对此进行了针对性的设计，在公海海域部署了潜标等多种观测，通过守株待兔的方式捕捉到了热带气旋Amphan。热带气旋Amphan是近20年来发生在北印度洋的第一个超级热带气旋。本研究基于JAMES研究计划在孟加拉湾南部的潜标观测资料Q12和Argo浮标，研究了孟加拉湾上层海洋对气旋Amphan（2020）的温盐和动力响应。随着Amphan的形成和移动，海面对Amphan的响应主要表现为海表温度下降和海表盐度增加。同时，潜标观测到了很强的上升流，气旋过后13℃等温线抬升约50 m，导致整个温盐链观测深度范围内（150-800 m）都有显著的冷却。在150-200 m的深度范围内，盐度显著增加，最大增加约0.16。在动力响应方面，当Amphan经过时，流速显著增加，尤其是在122.6 m以上。Q12观测到的最大流速在42.6 m处增加到1.12 m/s。平均深度功率谱表明，Amphan经过后，近惯性频带出现了显著的能量谱峰。有趣的是，在D2-f和2f频带也出现了显著的能谱谱峰，能量增加了约3-7倍。 为了进一步讨论近惯性动能的衰减以及D2-f和2f频带出现的原因，本研究用小波分析和双相干分析诊断了近惯性波与半日潮之间的非线性相互作用。结果表明，D2-f和2f频带中带通滤波动能与本次事件中出现的强烈的近惯性动能（NIKE）相一致。它们的生成和衰减与近惯性波的生消过程密切相关，D2-f和2f频带的能量分别约为NIKE的12%和22%。在近惯性能量衰减过程中，近惯性波和半日潮发生非线性相互作用，将能量传递到高频波段（D2-f）。此外，本研究发现热带气旋诱导的近惯性波发生自相互作用，并产生高频内波2f。根据前人研究表明，在容易发生参量次谐频不稳定机制（PSI）的临界日纬度（29°和14°）附近，热带气旋可以诱导近惯性波发生自相互作用（f+f=2f）。虽然本研究锚系的位置并不位于临界纬度，但仍然发生了自相互作用，这可能与Amphan持续向海洋输入的正相对涡度有关。 该研究获得了国家重大专项－自然资源部“全球变化与海气相互作用二期”的经费资助和观测支撑。在该专项的支持下，海洋二所牵头发起了“孟加拉湾和赤道东印度洋联合海洋与生态研究计划”（Joint Advanced Marine and Ecological Studies，简称JAMES），合作单位包括国家海洋环境预报中心、国家海洋技术中心等国内业务与研发机构，以及来自斯里兰卡、缅甸和泰国等国家的大学或部委机构。今年是共建“一带一路”倡议提出十周年。JAMES研究计划旨在研究赤道东印度洋和孟加拉湾海域的生态环境特征及其对季风、气候以及人类活动的响应规律，与海上丝绸之路沿线国家共同深化落实一带一路合作愿景，为海洋治理提供科技支撑。 论文引用： [1]Peng,Y.,Tian,D.,Zhou,F.,Zhang,H.,Ma,X.,Zeng,D.,Meng,Q.,Zhou,B.,Ye,R.,Chen,Y.,Lin,F.,Hu,Z.,and Zhu,X.2023.Observed oceanic response to Tropical Cyclone Amphan(2020)from asubsurface mooring in the Bay of Bengal.Progress in Oceanography,103148.doi:10.1016/j.pocean.2023.103148. 查看详细>>

近日，自然资源部第二海洋研究所白雁研究员及合作者在国际遥感TOP期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》（IF=8.2）和环境科学TOP期刊《Science of The Total Environment》（IF=9.8）分别发表了题为“Construction of aHigh Spatiotemporal Resolution Dataset of Satellite-Derived pCO2 and Air–Sea CO2 Flux in the South China Sea(2003–2019)”（2003-2019年南海pCO2和海-气CO2通量高时空分辨率卫星数据集的构建）和“Satellite-estimated air-sea CO2 fluxes in the Bohai Sea,Yellow Sea,and East China Sea:patterns and variations during 2003-2019”（基于卫星的渤海、黄海和东海的海-气CO2通量：2003-2019年的模式和变化）的研究论文。论文第一单位均为自然资源部第二海洋研究所，论文第一作者分别为自然资源部第二海洋研究所与河海大学联合培养的博士生宋梓庚，以及与浙江大学联合培养的博士生余舒洁，通讯作者为自然资源部第二海洋研究所白雁研究员，合作者包括何贤强研究员、厦门大学郭香会教授、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）翟惟东教授、国家海洋监测中心赵化德副研究员和厦门大学戴民汉院士。 海洋是地球上最大的活性碳库，吸收了约26%人为排放的CO2，在全球碳循环中具有重要作用。我国海域辽阔，碳汇潜力巨大，经过近20余年研究，已基本明晰了我国近海源汇状态，但不同海区观测数据的覆盖程度差异巨大，碳汇量估算仍存在较大不确性。因此，构建大空间覆盖、高精度的海水CO2分压（pCO2）卫星遥感反演算法和网格化数据集，认识不同海区海-气CO2通量的时空变化，对准确评估中国海碳源汇格局、变化趋势及增汇潜力评估具有重要的科学意义和实际应用价值。 团队前期创新提出了基于控制因子分析的海水CO2分压半解析遥感模型框架（MeSAA），解析和半解析了温度热力学作用、混合作用、生物作用以及海气CO2通量对海水CO2迭代作用的量化等，有效解决了复杂边缘海海水CO2分压的遥感反演难题。MeSAA算法框架已成功实现了大河影响下的长江-东海系统、珠江-南海北部系统和密西西比河-墨西哥湾系统，以及海盆过程主导的白令海和珊瑚海的海水CO2分压的遥感反演。 由于中国海近海多水团高度变异性和生态系统复杂性，目前MeSAA算法难以适配部分极端复杂过程的参数化问题，本研究创新提出了MeSAA算法和机器学习模型（XGBoost）结合的方法，分别构建了适用于渤黄东海和南海的机制驱动pCO2遥感反演算法MeSAA-ML-ECS和MeSAA-ML-SCS，该算法相比于传统机器学习方法，具有更高的精度和更好的机理可解释性。独立航次数据验证表明，渤黄东海和南海的遥感pCO2产品均方根误差分别为19.60μatm和11.69μatm，平均绝对误差分别为4.12%和1.59%；与南海SEATS时间序列站观测数据相比，均方根误差仅为5.27μatm；与东海PN断面多年观测数据比较，均方根误差为16.39μatm，表明构建的遥感算法具有高精度并能量化变化趋势的能力。 基于该算法，团队制作和发布了涵盖整个中国海的1 km分辨率月平均海水pCO2和海-气CO2通量遥感网格数据集，为目前空间分辨率和精度最高的中国海海-气CO2通量遥感数据集。该数据集在数据共享平台Zenodo开放获取（东海数据：https://doi.org/10.5281/zenodo.7701112，南海数据：https://doi.org/10.5281/zenodo.7743187），也已集成在海洋遥感在线分析平台SatCO2发布共享。 高精度、高时空分辨率的海水pCO2和海-气CO2通量遥感数据集精细刻画了中国海碳源汇格局长时序变化，认识了各海区的碳吸收/排放量。渤海夏季为大气CO2的强源，冬季为强汇，平均每年从大气吸收0.16 Tg C；黄海7–9月为碳源，其余月份为碳汇，平均每年吸收3.85 Tg C；东海全年均为大气CO2碳汇，平均每年吸收14.80 Tg C；南海北部陆架在冬季是碳汇，其余季节为碳源，平均每年吸收2.02 Tg C；南海海盆全年为碳源，平均每年释放9.89 Tg C。研究还初步分析了中国海碳汇的变化趋势，在2003-2019年期间，渤黄东海碳汇能力显著增加，而南海碳排放量显著下降。 论文引用 [1]Yu,S.,Song,Z.,Bai,Y.*,Guo,X.,He,X.,Zhai,W.,Zhao,H.&Dai,M.(2023).Satellite-estimated air-sea CO2 fluxes in the Bohai Sea,Yellow Sea,and East China Sea:Patterns and variations during 2003–2019.Science of The Total Environment,904,166804.https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166804. [2]Song,Z.,Yu,S.,Bai,Y.*,Guo,X.,He,X.,Zhai,W.,&Dai,M.(2023).Construction of ahigh spatiotemporal resolution dataset of satellite-derived pCO2 and air-sea CO2 flux in the South China Sea(2003-2019).IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing.https://doi.org/10.1109/TGRS.2023.3306389. 查看详细>>

近日，自然资源部第二海洋研究所海洋生态观测与模拟团队在期刊Geophysical Research Letters上发表关于印度洋低氧区的研究成果“Dynamical Response of the Arabian Sea Oxygen Minimum Zone to the Extreme Indian Ocean Dipole Events in 2016 and 2019”。第一作者为自然资源部第二海洋研究所与上海交通大学联合培养博士研究生张智伟，通讯作者为自然资源部第二海洋研究所马文涛研究员和厦门大学柴扉教授。 海洋中的溶解氧对海洋生物和海洋生态系统至关重要。最近的研究表明，世界海洋中的脱氧呈现加速趋势，自20世纪50年代以来，全球海洋中的溶解氧下降了约2%。阿拉伯海低氧区（Arabian Sea OMZ，ASOMZ）是世界热带海洋中第二大的低氧区。而印度洋偶极子事件（IOD）是热带印度洋最主要的变化模式。其会引起海表叶绿素的巨大波动，这些波动进而可能会影响阿拉伯海的溶解氧分布。在先前的研究中，该团队已经成功建立了涵盖整个印度洋的物理生物地球化学耦合模式（ROMS-CoSiNE），并对阿拉伯海低氧区东移机制进行了定量探讨。本研究则利用经过充分验证的数值模式探讨了阿拉伯海低氧区对典型极端IOD事件的响应机制。 结果表明，阿拉伯海低氧区不同海域的对于典型IOD事件的响应机制完全不同。在亚丁湾附近海域，低氧区对IOD事件的响应机制更多的受到物理过程的调节。夏季风期间，大量的高氧水通过索马里沿岸流进入阿拉伯海。在2016年的IOD负相位事件期间，这一数字达到了2019年IOD正相位事件期间的约2.5倍。另一方面，在2016年IOD负相位事件期间，亚丁湾的上升流强度更强，导致海表初级产力增加，从而使得该海域产生了更多的碎屑颗粒有机物输出。这些碎屑颗粒有机物在局地再矿化过程中消耗更多的溶解氧。但是，大量外源溶解氧的输送，不仅补充了亚丁湾海域额外的溶解氧消耗，还有富余可以提高亚丁湾的溶解氧浓度。此外，上升流的增强也抬升了亚丁湾附近海域低氧区上边界的位置。 在阿拉伯海中部，低氧区对IOD事件的响应机制与亚丁湾不同。在2016年IOD负相位事件期间，阿曼沿岸的上升流强度增强，导致更多的营养物质从次表层水体输送到上层水体，从而促进了上层水体中的初级生产。在2016年IOD负相位事件期间，更高的海表初级生产力产生了更多的碎屑颗粒有机物，这些颗粒有机物通过海上Ekman输运作用被输送到阿拉伯海中部。这些碎屑颗粒有机物在再矿化过程中消耗了大量的溶解氧，却没有溶解氧的补充，导致了2016年IOD负相位事件期间阿拉伯海中部低氧区的溶解氧平均浓度下降。而上层海水温度的降低溶解了更多的溶解氧在上层水体中，挤压了低氧区的空间位置，致使低氧区的上边界下沉。 论文引用： Zhang,Z.,Ma,W.,&Chai,F.(2023).Dynamical response of the Arabian Sea oxygen minimum zone to the extreme Indian Ocean Dipole events in 2016 and 2019.Geophysical Research Letters,50,e2023GL104226.https://doi.org/10.1029/2023GL104226 查看详细>>