海洋所研究探明黑潮延伸體海區(qū)中尺度渦引起的次表層澀度異?,F(xiàn)象
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所王凡研究團(tuán)隊(duì)在黑潮延伸體(KET)海區(qū)中尺度渦引起的次表層澀度異常方面取得最新進(jìn)展,研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Journal of Physical Oceanography》上。
中尺度渦旋是海洋中普遍存在的海洋現(xiàn)象,是海洋表層和次表層溫度、鹽度變率的重要來(lái)源。中尺度渦旋引起的次表層變率主要來(lái)自“起伏模態(tài)”(“heaving mode”)和“澀度模態(tài)”(“spicing mode”)。“起伏模態(tài)”產(chǎn)生自渦旋引起的等密度面的起伏,而“澀度模態(tài)”來(lái)自渦旋引起的沿等密度面的運(yùn)動(dòng)。黑潮延伸體位于北太平洋副熱帶環(huán)流和副極地環(huán)流的交界處。其北側(cè)是通風(fēng)較好的北太平洋中層水(NPIW),具有低溫、低鹽、較高的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣含量的特性。其南側(cè)的NPIW水齡較老,高溫、高鹽、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣含量較低。該區(qū)域渦旋活動(dòng)強(qiáng)烈,然而學(xué)界對(duì)該區(qū)域渦旋引起的等密度面上的澀度異常的特征、機(jī)制及其對(duì)NPIW性質(zhì)變化的作用尚不明確。
研究團(tuán)隊(duì)聚焦該區(qū)域中尺度渦旋活動(dòng)及其在等密度面:26.3 - 26.7 上引起的溫度、鹽度異常現(xiàn)象(澀度異?,F(xiàn)象)。結(jié)合渦旋追蹤數(shù)據(jù)集、Argo剖面數(shù)據(jù)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,研究揭示了一系列重要現(xiàn)象和機(jī)理。使用渦旋追蹤數(shù)據(jù)集,研究發(fā)現(xiàn)氣旋渦(CE)和反氣旋渦(AE)分別傾向于在KET急流的北部和南部聚集。受平均流影響,這些渦旋半徑大(CE: 61.94 km, AE: 68.05 km),東西方向運(yùn)動(dòng)微弱,但南北方向運(yùn)動(dòng)顯著(CE: 0.35 cm s-1向南,AE: 0.66 cm s-1向北)。使用Argo浮標(biāo)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)在26.3 - 26.7 上,CE(AE)導(dǎo)致的平均溫度和鹽度異常為-0.25 (0.06 )和-0.05 psu(0.01 psu)(圖1)。研究揭示了該澀度異常主要受控于兩種機(jī)制。一種是渦旋通過(guò)裹挾水體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生澀度異常,該機(jī)制通過(guò)對(duì)比渦旋經(jīng)過(guò)位置和渦旋初始位置的鹽度差與Argo觀測(cè)的渦旋內(nèi)鹽度異常得到驗(yàn)證。另一種由鋒面彎曲產(chǎn)生的準(zhǔn)靜止曲流渦(meander eddies)引起(圖2),該機(jī)制通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的對(duì)照實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。這兩種機(jī)制產(chǎn)生的澀度異常對(duì)NPIW水團(tuán)產(chǎn)生不同影響。使用數(shù)據(jù)擬合與重構(gòu)技術(shù),證實(shí)了移動(dòng)渦旋引起溫度、鹽度異常的逐漸累積,形成驅(qū)動(dòng)水體的跨KET鋒面交換(圖3)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)果表明,曲流渦通過(guò)改變鋒面的位置,進(jìn)而產(chǎn)生澀度異常,引起NPIW水團(tuán)性質(zhì)的再分布。然而,這些曲流渦引起的異常并不促進(jìn)水體之間的熱量和鹽分交換。
雖然深度坐標(biāo)上中尺度渦旋引起的溫度和鹽度變化的研究已經(jīng)很多,但是渦旋引起的等密度面上的變化鮮有研究,該研究深入了學(xué)界對(duì)中尺度渦旋引起的溫鹽變率的認(rèn)識(shí)。為等密度面上的溫鹽變率的氣候模型模擬提供了觀測(cè)基準(zhǔn)。
該論文由第一作者中國(guó)科學(xué)院海洋研究所的博士后律明坤、通訊作者王凡研究員、合作者李元龍研究員共同完成。該研究得到了嶗山實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省青年基金的資助。
文章信息:
Lv, M., F. Wang, and Y. Li, 2023: Eddy-Induced Subsurface Spiciness Anomalies in the Kuroshio Extension Region. J. Phys. Oceanogr., 53, 2893–2912, https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0254.1.

圖1 中尺度渦旋引起的沿密度面的溫度、鹽度變化。氣旋(a,c)引起的溫度(a)、鹽度(c)異常,反氣旋(b,d)引起的溫度(b)、鹽度(d)異常

圖2 曲流渦引起的沿密度面鹽度變化示意圖。氣旋(a,c)引起的鹽度(a)、鹽度異常場(chǎng)(c),反氣旋(b,d)引起的鹽度(b)、鹽度異常場(chǎng)(d)。黑色曲線代表KET流軸。

圖3 脫落渦旋產(chǎn)生的沿密度面的鹽度異常。(a)氣旋,(b)反氣旋,(c)氣旋與反氣旋之和,(d)時(shí)間序列
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