海洋所揭示菲律賓海深層西邊界流的時間變異及其調(diào)控機理
近日,《物理海洋雜志》(Journal of Physical Oceanography)發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所胡敦欣院士團隊最新研究成果“Variability of the Deep Western Boundary Current in the Northern Philippine Sea”,揭示了菲律賓海北部深層西邊界流的季節(jié)內(nèi)-季節(jié)時間變異規(guī)律及其與Yap-Mariana Junction深層流時間變異之間的聯(lián)系和作用機理。
作為太平洋深層流與南海深層流的關(guān)鍵紐帶,菲律賓海深層流特別是菲律賓海深層西邊界流決定了該海域溫度、鹽度、和溶解氧濃度等關(guān)鍵海洋要素的分布與變化,對西北太平洋深層物質(zhì)循環(huán)以及能量輸運具有舉足輕重的影響。不僅如此,太平洋深層水通過位于菲律賓海西邊界的呂宋海峽輸運至南海深海盆,在南海深層形成氣旋式環(huán)流,之后在南海深層強混合作用下逐漸上升,并于中層和上層流出南海,對印尼貫穿流起重要調(diào)節(jié)作用。然而,目前對于菲律賓海深層西邊界流時空變異特征的認識尚存在很多爭議,對其時間變異調(diào)控機理的認識非常不足。開展菲律賓海深層西邊界流時間變異規(guī)律及其調(diào)控機理研究具有重要科學(xué)意義。
近年來,海洋研究所與菲律賓大學(xué)通過國際合作,在呂宋島東側(cè)菲律賓海西邊界建立了長期連續(xù)潛標(biāo)觀測陣列。基于觀測數(shù)據(jù)和動力模型,研究發(fā)現(xiàn)在菲律賓海北部深層西邊界流沿地形向南,2000米以深流速逐漸增強,3000米處平均流速約為1.18 cm s-1 (圖1)。深層西邊界流存在顯著的季節(jié)內(nèi)和季節(jié)變化,振幅可達5 cm/s。季節(jié)內(nèi)變化在30 ~ 200天范圍內(nèi)存在多個譜峰,其中120 天左右的譜峰最為明顯(圖1)。在季節(jié)時間尺度上,深層西邊界流在夏季/秋季增強,在冬季/春季減弱,與海底壓強的季節(jié)變化相對應(yīng)。季節(jié)內(nèi)和季節(jié)變化與上層和中層的時間變化沒有顯著的相關(guān)性,但與Yap-Mariana Junction輸送的時間變化密切相關(guān)。基于倒置約化重力模型和海底壓強數(shù)據(jù)表明,源自Yap-Mariana Junction的變化信號可以沿菲律賓海深盆邊界逆時針傳播到菲律賓海深西邊界,主導(dǎo)了深層西邊界流的時間變化(圖2)。該研究為認識菲律賓海深層西邊界流的時間變異特征和機理提供了直接觀測證據(jù)。

圖1. (a)菲律賓海西邊界地形圖。五角星代表潛標(biāo)位置,箭頭為3000 m水深流速矢量。(b)時間平均流速垂向剖線,陰影表示天平均流速標(biāo)準(zhǔn)差。(c)15天低通流速譜分析,虛線表示95%置信水平。

圖2. (a)EXP2(受Yap-Mariana Junction 120天震蕩信號驅(qū)動)上界面起伏120天震蕩標(biāo)準(zhǔn)差。(b)90-150天帶通濾波上界面起伏沿深海盆邊界傳播圖。橫坐標(biāo)表示(a)中從Yap-Mariana Junction開始計數(shù)的白點數(shù)。黑線表示潛標(biāo)附近的點。
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士后徐勤博,合作者包括張林林研究員、王凡研究員、胡敦欣院士以及中國海洋大學(xué)周春副教授、趙瑋教授。研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略重點研究項目以及中國博士后基金項目資助。海上考察得到基金委共享航次計劃資助,依托 “科學(xué)”號以及“東方紅III”號考察船執(zhí)行。
此外,團隊針對近年來在熱帶西太平洋海域不同站點、不同深度觀測到的廣泛存在的中尺度現(xiàn)象,以18N黑潮區(qū)為例,評估了不同采樣周期條件下計算黑潮流量年際變化的誤差,發(fā)現(xiàn)由于中尺度過程的干擾,只有周期短于20天的采樣方式才能比較可靠地捕捉到黑潮的年際變化信號。該成果為未來開展黑潮區(qū)水文觀測方案設(shè)計提供了新的思路和科學(xué)依據(jù),成果發(fā)表在《海洋研究學(xué)報》(Journal of Sea Research)。
論文信息:
Xu, Q., C. Zhou, L. Zhang*, F. Wang, W. Zhao, and D. Hu, 2023: Variability of the Deep Western Boundary Current in the Northern Philippine Sea. J. Phys. Oceanogr., 53, 2029–2041, https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0025.1.
Huang J., L. Zhang*, S. Zhu, J. Wu, X. Yan, W. Song, and S. Yang, 2023, The reliable sampling interval for monitoring interannual variability of the Kuroshio transport at 18°N, J. Sea Res., 193, 102374, doi:https://doi.org/10.1016/j.seares.2023.102374.
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