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LTO研究團隊基于目標觀(guān)測揭示南海次表層渦旋形成的非絕熱強迫機制

     撰稿:劉余億
     審定:王春在

近日,中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室(LTO)經(jīng)志友團隊,在南海次表層渦旋的形成過(guò)程與動(dòng)力機制研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Physical Oceanography上,博士研究生劉余億為第一作者,經(jīng)志友研究員為通訊作者。

中尺度渦旋蘊含海洋超過(guò)90%的動(dòng)能,是海洋物質(zhì)能量循環(huán)的主要動(dòng)力載體,同時(shí)也是貢獻海-氣相互作用、海洋生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)鍵動(dòng)力過(guò)程。不同于表層強化的中尺度渦旋,海洋內部次表層渦旋是一類(lèi)透鏡狀、低位渦、生命周期較長(cháng)的特殊渦旋,能夠攜帶源地異常性質(zhì)水體輸送至數千公里以外的海區,且難以被衛星遙感觀(guān)測所識別,關(guān)于其形成、演變過(guò)程及動(dòng)力學(xué)機制,目前尚缺乏深入系統的科學(xué)認識,更無(wú)法直接預報。

本研究基于高分辨率現場(chǎng)觀(guān)測并結合再分析資料和位渦動(dòng)力學(xué)分析,從邊界層位渦通量收支新視角,揭示了南海典型次表層透鏡狀渦旋的形成過(guò)程與動(dòng)力機制。研究結果表明,秋冬季大氣非絕熱強迫驅動(dòng)的海面浮力損失是次表層渦旋形成的關(guān)鍵條件。秋冬季增強的海面浮力損失產(chǎn)生向上的位渦通量,減小反氣旋渦的混合層位渦;次年春季大氣熱強迫驅動(dòng)的海表升溫,減弱海面浮力損失,逐漸向海表注入位渦,并抬升混合層,從而通過(guò)層化封存低位渦水至渦旋內部,最終在地轉調整作用下形成海洋內部的透鏡狀中尺度渦旋。進(jìn)一步分析表明,南海北部至少20%的反氣旋渦在次年春夏季演變成為次表層透鏡狀渦旋。更重要的是,這些低位渦、透鏡狀次表層渦旋的形成,主要是由秋冬季海面降溫(surface cooling)引起的海表浮力損失和地轉調整所驅動(dòng),而非風(fēng)場(chǎng)強迫(down-front wind forcing)。

本研究基于觀(guān)測證據揭示了南海次表層透鏡狀渦旋形成的大氣非絕熱強迫新機制,對進(jìn)一步深入認識和理解衛星遙感難以直接觀(guān)測的全球海洋次表層渦旋及其形成機制具有重要科學(xué)意義。

該研究主要由國家自然科學(xué)基金共享航次計劃、國家自然科學(xué)基金項目資助完成。


圖1 (a)渦旋移動(dòng)軌跡;(b)航次觀(guān)測期間(2021年春季)SST和CTD溫度剖面


圖2 南海次表層透鏡狀渦旋形成的非絕熱強迫機制

      相關(guān)論文信息:Yuyi Liu, and Zhiyou Jing* (2024). Intrathermocline eddy with lens-shaped low potential vorticity and diabatic forcing mechanism in the South China Sea. Journal of Physical Oceanography, 54(3), 929-948.

      原文鏈接:https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0149.1

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