海洋所在多島嶼繞島環(huán)流理論方面取得新進展
近日,中科院海洋所胡石建研究團隊在繞島環(huán)流理論方面取得重要進展,研究得到了三島嶼繞島理論解析解,并成功應(yīng)用于印尼貫穿流流量估計,相關(guān)成果在JCR一區(qū)期刊Frontiers in Marine Science雜志(IF:5.247)發(fā)表。

理論模型的海陸地形設(shè)置
繞島環(huán)流理論由澳大利亞物理海洋學家J. Stuart Godfrey提出(Godfrey, 1989),其理論核心是在Sverdrup關(guān)系的風生環(huán)流基礎(chǔ)上同時考慮沿著島嶼(如澳大利亞、新西蘭等)海岸對壓強梯度的積分必須為零這一限定條件。Godfrey(1989)同時借鑒了Stommel(1948)和Munk(1950)的研究方法而考慮了摩擦邊界層。Godfrey的繞島環(huán)流理論成功應(yīng)用于印尼貫穿流的研究中,成為印尼貫穿流研究領(lǐng)域的經(jīng)典理論工具而被反復(fù)使用。但是,由于Godfrey的繞島環(huán)流理論進行了大量簡化,基于原始繞島環(huán)流估算的印尼貫穿流流量與實際觀測值存在顯著偏差,前人就如何改進Godfrey繞島環(huán)流理論進行了大量探索。
改進Godfrey繞島環(huán)流理論的一個方向是考慮更接近真實地形的島嶼分布和更復(fù)雜的摩擦效應(yīng)。胡石建研究團隊在Wajsowicz (1993)、Pedlosky et al. (1997)、Lian et al. (2017)和Yang et al. (2020)等前人研究工作基礎(chǔ)上,考慮了三島嶼情形的海陸分布,設(shè)計了多種具有不同島嶼分布的理想化地形,采用了相應(yīng)地形條件下的側(cè)向摩擦和底摩擦,推導(dǎo)得到了穿過島嶼間海峽的流函數(shù)和流量解析解。相比于前人的研究,三島嶼海陸分布顯然更接近真實的印尼海域情形,同時可以考慮北太平洋風場的影響和更為復(fù)雜的摩擦效應(yīng)。

多島嶼繞島環(huán)流理論結(jié)果與INSTANT觀測和前人理論結(jié)果的對比
團隊基于所得到的三島嶼繞島環(huán)流解析解,估算了印尼貫穿流的體積輸運并與INSTANT觀測、MITF等觀測時間序列以及前人的理論值進行了對比。結(jié)果表明該三島嶼繞島環(huán)流理論可以很好地再現(xiàn)印尼貫穿流體積輸運的平均值和年際變化,相較于原始的Godfrey繞島環(huán)流理論具有明顯的進步。研究團隊進一步基于該解析解開展了敏感性試驗,研究了島嶼分布、海峽通道尺寸、摩擦邊界層厚度等因素變化對多島嶼繞島環(huán)流框架下印尼貫穿流輸運估計的影響,得到了一些有意義的結(jié)果。
研究團隊在三島嶼繞島環(huán)流理論研究方面的進展對印尼貫穿流和印太跨海盆相互作用相關(guān)研究領(lǐng)域具有重要科學意義。中科院海洋所與山東科技大學聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生史萬里為論文第一作者,中科院海洋所研究員胡石建為論文通訊作者。研究得到了中科院創(chuàng)新交叉團隊項目、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項和山東省自然科學基金等項目資助。
印尼貫穿流流量隨邊界層的厚度和通道大小變化
論文信息:Shi, W., S. Hu*, and H. Ma (2023), The island rule with multi-islands and its application to the Indonesian Throughflow, Frontiers in Marine Science, 10, 1145506, doi:10.3389/fmars.2023.1145506.
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