海洋所北太平洋次溫躍層環流研究獲進展
2020-11-23 中國科學院海洋所北太平洋次溫躍層環流研究獲進展
2020-09-24 海洋研究所
語音播報
近日，中國科學院海洋研究所袁東亮團隊在北太平洋次溫躍層環流研究中取得進展。研究人員預研究發現北太平洋存在一支次溫躍層海流，位於5°N附近北赤道逆流之下，貫通太平洋海盆向西流動，進入印尼貫穿流源區，是赤道太平洋水團進入印尼海和印度洋的通道，命名為「北赤道次表層流」（NESC）。
20世紀40年代，大洋風生環流動力學理論建立，揭示大洋上層環流由風旋度驅動，並由西邊界流閉合的動力機制。20世紀80年代，現代溫躍層理論建立，包括位渦均一化理論和通風溫躍層理論，強調大洋主溫躍層之下，除西邊界流回流區和通風溫躍層以外，難以驅動海洋環流，存在靜止不動的陰影區，與實際海洋觀測不符。20世紀80年代，中科院院士胡敦欣等在西太平洋發現棉蘭老潛流等潛流，無法用現代大洋溫躍層理論解釋，揭示出經典溫躍層理論存在的局限性。
研究團隊對北赤道次表層流三維結構、變異規律與動力機制開展研究，利用潛標測量、船載ADCP海流測量，與Argo地轉流數據結合，證實NESC是一支橫跨北太平洋海盆流動的海流，具有季節-年際尺度的變化，在夏季和拉尼娜期間變強，在冬季和厄爾尼諾期間變弱。使用線性連續層化模式（LCSM），該研究揭示大洋次溫躍層環流的動力機制，並指出包括NESC在內的潛流，其形成機制是由大尺度環流的靜力平衡和海面、海底動力邊界條件約束決定。由於熱帶大洋層結的低階斜壓模態在溫躍層附近存在零點，前幾個斜壓模態的疊加造成強的表層流與弱的潛流，模式再現太平洋赤道流系的主要海流及其潛流。該理論與經典環流理論的區別，在於考慮到海底邊界的約束。研究顯示，NESC的季節變化由中、東赤道太平洋季節變化的風應力旋度，通過激發向西向下傳播的斜壓羅斯貝波強迫。研究人員使用連續層化斜壓羅斯貝波的解析解，再現NESC緯向流的季節變化。
該研究揭示NESC等大洋潛流的形成機制具有一般性，可推廣到其它海域。新理論克服現代大洋溫躍層環流理論中存在靜止「陰影區」的缺陷，是對大洋溫躍層理論的重要修正。相關研究成果發表在Scientific Reports和Journal of Physical Oceanography上。
論文連結：1、2
NESC體積輸運及其年際異常
NESC與上層NECC反向的動力機制解釋以及赤道太平洋斜壓模態結構與LCSM模擬結果
近日，中國科學院海洋研究所袁東亮團隊在北太平洋次溫躍層環流研究中取得進展。研究人員預研究發現北太平洋存在一支次溫躍層海流，位於5°N附近北赤道逆流之下，貫通太平洋海盆向西流動，進入印尼貫穿流源區，是赤道太平洋水團進入印尼海和印度洋的通道，命名為「北赤道次表層流」（NESC）。
20世紀40年代，大洋風生環流動力學理論建立，揭示大洋上層環流由風旋度驅動，並由西邊界流閉合的動力機制。20世紀80年代，現代溫躍層理論建立，包括位渦均一化理論和通風溫躍層理論，強調大洋主溫躍層之下，除西邊界流回流區和通風溫躍層以外，難以驅動海洋環流，存在靜止不動的陰影區，與實際海洋觀測不符。20世紀80年代，中科院院士胡敦欣等在西太平洋發現棉蘭老潛流等潛流，無法用現代大洋溫躍層理論解釋，揭示出經典溫躍層理論存在的局限性。
研究團隊對北赤道次表層流三維結構、變異規律與動力機制開展研究，利用潛標測量、船載ADCP海流測量，與Argo地轉流數據結合，證實NESC是一支橫跨北太平洋海盆流動的海流，具有季節-年際尺度的變化，在夏季和拉尼娜期間變強，在冬季和厄爾尼諾期間變弱。使用線性連續層化模式（LCSM），該研究揭示大洋次溫躍層環流的動力機制，並指出包括NESC在內的潛流，其形成機制是由大尺度環流的靜力平衡和海面、海底動力邊界條件約束決定。由於熱帶大洋層結的低階斜壓模態在溫躍層附近存在零點，前幾個斜壓模態的疊加造成強的表層流與弱的潛流，模式再現太平洋赤道流系的主要海流及其潛流。該理論與經典環流理論的區別，在於考慮到海底邊界的約束。研究顯示，NESC的季節變化由中、東赤道太平洋季節變化的風應力旋度，通過激發向西向下傳播的斜壓羅斯貝波強迫。研究人員使用連續層化斜壓羅斯貝波的解析解，再現NESC緯向流的季節變化。
該研究揭示NESC等大洋潛流的形成機制具有一般性，可推廣到其它海域。新理論克服現代大洋溫躍層環流理論中存在靜止「陰影區」的缺陷，是對大洋溫躍層理論的重要修正。相關研究成果發表在Scientific Reports和Journal of Physical Oceanography上。
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