海洋所揭示菲律賓海深層西邊界流的時(shí)間變異及其調(diào)控機(jī)理
近日,《物理海洋雜志》(Journal of Physical Oceanography)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所胡敦欣院士團(tuán)隊(duì)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(shí)間變異規(guī)律及其與Yap-Mariana Junction深層流時(shí)間變異之間的聯(lián)系和作用機(jī)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(duì)西北太平洋深層物質(zhì)循環(huán)以及能量輸運(yùn)具有舉足輕重的影響。不僅如此,太平洋深層水通過(guò)位于菲律賓海西邊界的呂宋海峽輸運(yùn)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(qiáng)混合作用下逐漸上升,并于中層和上層流出南海,對(duì)印尼貫穿流起重要調(diào)節(jié)作用。然而,目前對(duì)于菲律賓海深層西邊界流時(shí)空變異特征的認(rèn)識(shí)尚存在很多爭(zhēng)議,對(duì)其時(shí)間變異調(diào)控機(jī)理的認(rèn)識(shí)非常不足。開(kāi)展菲律賓海深層西邊界流時(shí)間變異規(guī)律及其調(diào)控機(jī)理研究具有重要科學(xué)意義。
近年來(lái),海洋研究所與菲律賓大學(xué)通過(guò)國(guó)際合作,在呂宋島東側(cè)菲律賓海西邊界建立了長(zhǎng)期連續(xù)潛標(biāo)觀測(cè)陣列?;谟^測(cè)數(shù)據(jù)和動(dòng)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(qiáng),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(dá)5 cm/s。季節(jié)內(nèi)變化在30 ~ 200天范圍內(nèi)存在多個(gè)譜峰,其中120 天左右的譜峰最為明顯(圖1)。在季節(jié)時(shí)間尺度上,深層西邊界流在夏季/秋季增強(qiáng),在冬季/春季減弱,與海底壓強(qiáng)的季節(jié)變化相對(duì)應(yīng)。季節(jié)內(nèi)和季節(jié)變化與上層和中層的時(shí)間變化沒(méi)有顯著的相關(guān)性,但與Yap-Mariana Junction輸送的時(shí)間變化密切相關(guān)?;诘怪眉s化重力模型和海底壓強(qiáng)數(shù)據(jù)表明,源自Yap-Mariana Junction的變化信號(hào)可以沿菲律賓海深盆邊界逆時(shí)針傳播到菲律賓海深西邊界,主導(dǎo)了深層西邊界流的時(shí)間變化(圖2)。該研究為認(rèn)識(shí)菲律賓海深層西邊界流的時(shí)間變異特征和機(jī)理提供了直接觀測(cè)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(shí)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(hào)驅(qū)動(dòng))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(kāi)始計(jì)數(shù)的白點(diǎn)數(shù)。黑線表示潛標(biāo)附近的點(diǎn)。
論文第一作者為中國(guó)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(guó)海洋大學(xué)周春副教授、趙瑋教授。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目以及中國(guó)博士后基金項(xiàng)目資助。海上考察得到基金委共享航次計(jì)劃資助,依托 “科學(xué)”號(hào)以及“東方紅III”號(hào)考察船執(zhí)行。
此外,團(tuán)隊(duì)針對(duì)近年來(lái)在熱帶西太平洋海域不同站點(diǎn)、不同深度觀測(cè)到的廣泛存在的中尺度現(xiàn)象,以18N黑潮區(qū)為例,評(píng)估了不同采樣周期條件下計(jì)算黑潮流量年際變化的誤差,發(fā)現(xiàn)由于中尺度過(guò)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(hào)。該成果為未來(lái)開(kāi)展黑潮區(qū)水文觀測(cè)方案設(shè)計(jì)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(bào)》(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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