南海所研究團隊提出北印度洋中層流動條帶狀結構的生成機制

2020-10-26 嶺南科苑

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）杜巖研究員團隊提出了一種半年周期斜壓羅斯貝波三波共振形成的中層緯向流條帶狀結構，研究成果由博士研究生夏一凡等人發表在《Deep-sea Research Part I-Oceanographic Research Papers》上，合作者包括來自美國夏威夷大學及河海大學的科學家。

條帶狀急流結構是在旋轉天體的大氣層和海洋中普遍存在的一種現象，這種結構表達了能量的反向串級，即能量從較小的渦旋尺度傳遞到較大的平均流尺度上，在海洋能量及物質傳遞過程中起到了重要的作用。前人研究主要關注了太平洋以及大西洋緯向流場的條帶狀結構，印度洋的研究相對較少。但是印度洋尤其是北印度洋海陸分布獨特，季風控制下的環流系統與其他大洋差異明顯，值得進一步探討。該研究在一定程度上填補了這一空白。

研究發現，在阿拉伯海中層出現了等間隔分布東向流動的條帶狀結構，經向尺度約為300km（圖1）。赤道印度洋風場強迫的Kelvin波在到達東邊界後成為沿岸捕獲的Kelvin波，並激發出斜壓Rossby波向西傳播，在傳播過程中發生三波共振作用使波動破碎為渦旋，並通過渦旋間的非線性相互作用形成了緯向流場的條帶狀結構（圖1b）。但是在孟加拉灣沒有觀測到類似的結構，因為孟加拉灣沒有足夠的離岸距離使Rossby波到達破碎線。另一方面，由於赤道印度洋的海盆寬度遠小於赤道太平洋，其風應力輸入相對較少，因此會直接影響到印度洋緯向流場的條帶狀結構，使其比太平洋更窄。本研究闡釋了北印度洋中層流場條帶狀結構的形成機制，完善了印度洋環流動力學的基礎理論，有助於進一步認識海洋的能量傳遞過程。

該研究由國家自然科學基金和中國科學院項目等共同資助。

相關論文信息：

Xia Y., Du Y., Qiu B., et al. The characteristics of the mid-depth striations in the North Indian Ocean [J]. Deep Sea Research Part I Oceanographic Research Papers, 2020:103307. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2020.103307

圖1 （a）北印度洋地形分布以及13個Argo浮標在1000db層的移動軌跡（經過5點滑動平均），表層誤差通過Park等2005年的方法消除。（b）從一層半模式中輸出的緯向速度（填色）以及用湍流Sverdrup平衡計算的緯向速度（等值線、實線/虛線表示向東/向西流動）。（c）由模式結果（實心黑線）和湍流Sverdrup平衡（紅色虛線）得到的緯向平均速度，Argo軌跡計算的緯向平均速度（灰色陰影區）和OFES模擬得到的緯向平均速度（橙色陰影區）。

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